Exceptional Point in a Microwave Plasmonic Dipole Resonator for Sub‐Microliter Solution Sensing

谐振器 微波食品加热 等离子体子 材料科学 波长 偶极子 光学 光电子学 不对称 哈密顿量(控制论) 物理 数学 量子力学 数学优化
作者
Tian Bai,Wan Zhu Wang,Xuanru Zhang,Tie Jun Cui
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (13) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/adfm.202312170
摘要

Abstract Microwave resonance sensing has attracted significant interest due to its promising potential in developing ultracompact integrated sensors. For biomedical sensing applications, it is required to realize high sensitivity to tiny volumes of solution using such long microwave wavelengths. Here, a chiral microwave plasmonic resonator, which can induce exceptional point (EP) state based on the coalescence of non‐Hermitian dipole eigenmodes, is proposed. The intrinsically geometric asymmetry leads to strong asymmetry of non‐Hermitian Hamiltonian and strong coupling between the two non‐degenerate dipoles, hence resulting in significantly enhanced frequency splitting signals. Benefiting from the subwavelength dipole resonances, the proposed resonator has advantages of the EP state's high sensitivity to tiny targets and strong plasmonic wavelength compression. Its sensing performance is experimentally validated by metal scatterer detection and glucose solution measurement. The minimum detectable metal scatterer features a diameter of λ 0 /280 and a volume of 2.9 × 10 −9 λ 0 3 ( λ 0 is free‐space wavelength). The solution volume under detection features a volume of 4.4 × 10 −7 λ 0 3 and the reporting limit for glucose reaches 0.26 µmol. These results envision a feasible route for trace‐amount biomedical sensing at the microwave frequencies.
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