Terahertz meta-biosensor based on high-Q electrical resonance enhanced by the interference of toroidal dipole

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作者
Chiben Zhang,Tingjia Xue,Jin Zhang,Zhenfei Li,Longhai Liu,Jianhua Xie,Jianquan Yao,Guangming Wang,Xiaodan Ye,Weiren Zhu
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:214: 114493-114493 被引量:101
标识
DOI:10.1016/j.bios.2022.114493
摘要

Electrical dipole resonances typically have low Q factor and broad resonant linewidth caused by strong free-space coupling with high radiative loss. Here, we present a strategy for enhancing the Q factor of the electrical resonance via the interference of a toroidal dipole. To validate such a strategy, a metasurface consisting of two resonators is designed that responsible to the electric and toroidal dipoles. According to constructive and destructive hybridizations of the two dipole modes, enhanced and decreased Q factors are found respectively for the two hybrid modes, compared to the one for the conventional electric dipole resonance. As a practical application of such high Q resonance, we further experimentally investigate the sensing performance of the metasurface biosensor by detecting the cell concentration of lung cancer cells (type A549). Moreover, through monitoring both resonance frequency and amplitude variation of the metasurface biosensor, the dielectric permittivity of the lung cancer cells is delicately estimated by the conjoint analysis of both simulated and measured results. Our proposed metasurface paves a promising way for the study of multipole interference in the field of nanophotonics and validates its effectiveness in biomedical sensing.
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