Highly anisotropic black phosphorous-graphene hybrid architecture for ultrassensitive plasmonic biosensing: Theoretical insight

石墨烯 材料科学 偏振器 等离子体子 表面等离子共振 折射率 单层 光电子学 纳米技术 各向异性 生物传感器 光学 纳米颗粒 双折射 物理
作者
Yufeng Yuan,Xiantong Yu,Qingling Ouyang,Yonghong Shao,Jun Song,Junle Qu,Ken‐Tye Yong
出处
期刊:2D materials [IOP Publishing]
卷期号:5 (2): 025015-025015 被引量:71
标识
DOI:10.1088/2053-1583/aaae21
摘要

This study proposed a novel highly anisotropic surface plasmon resonance (SPR) biosensor employing emerging 2D black phosphorus (BP) and graphene atomic layers. Light absorption and energy loss were well balanced by optimizing gold film thickness and number of BP layers to generate the strongest SPR excitation. The proposed SPR biosensor was designed by the phase-modulation approach and is more sensitive to biomolecule bindings, providing 3 orders of magnitude higher sensitivity than the red-shift in SPR angle. Our results show the optimized configuration was 48 nm Au film coated with 4-layer BP crystal to produce the sharpest phase variation (up to 89.8975°), and lowest minimum reflectivity (1.9119 × 10−7). Detection sensitivity up to 7.4914 × 104 degree/refractive index unit is almost 4.5 times enhanced compared to monolayer graphene-based SPR sensors with 48 nm Au film. The anisotropic BP layers act as a polarizer, so the proposed SPR biosensor would exhibit optically tunable detection sensitivity, making it a promising candidate for exploring highly anisotropic platforms in biosensing.
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