1D Topological Photonic Crystal based Nanosensor for Tuberculosis Detection

材料科学 光子晶体 光子学 纳米传感器 光电子学 电介质 生物传感器 折射率 异质结 拓扑(电路) 分析物 光学 纳米技术 物理 数学 组合数学 物理化学 化学
作者
Lakshmi Thara Ragavendran,P. Aruna Priya,P. Aruna Priya
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
标识
DOI:10.1088/1361-6528/ad61ec
摘要

Abstract In this study, we present a nanosized biosensor based on the photobiological properties of one-dimensional (1D) topological photonic crystals (PCs). A topological structure had been designed by combining two photonic crystal structures (PC 1 and PC 2) comprised of functional material layers, Si and SiO2. These two, PC 1 and PC 2, differ in terms of the thickness and arrangement of these dielectric materials. We carried out a comparison between two distinct topological photonic crystals: one using random photonic crystals, and the other featuring a mirror heterostructure. Tuberculosis may be diagnosed by inserting a sensor layer into 1D topological photonic crystals. The sensing process is based on the refractive indexes of the analytes in the sensor layer. When the 1D-topological heterostructure-based PC and its mirror-image structures are stacked together, the sensor becomes more efficient for analyte detection than the conventional PCs. The random-based topological photonic crystal outperformed the heterostructure-based topological photonic crystal in analyte sensing. Photonic media witness notable blue shifts due to the analytes' variations in refractive index. The numerical results of the sensor are computed using the transfer matrix approach. Effective results are achieved by optimizing the thicknesses of the sensor layer and dielectric layers; number of periods and incident angle. In normal incident light, the developed sensor shows a high sensitivity of 1500 nm/RIU with a very low limit of detection in the order of 2.24E-06 RIU and a high-quality factor of 30659.54.
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