طراحی حسگر تشخیص مایعات مبتنی بر تغییر ضریب شکست محیط و بررسی ویژگی‌های آن

پلاسمونیک مهم‌ترین بخش درزمینه‌ی نانوفتونیک است و کاربردهای فراوانی در مدارهای مجتمع الکترونیکی فرکانس بالا، مخابرات نوری و حسگرها دارد. در این تحقیق عملکرد حس‌گرهای پلاسمونی سطحی موضعی1 در نانو ساختارها که کارایی وسیعی درزمینۀ پزشکی، داروسازی و اندازه‌گیری پارامترهای شیمیایی و فیزیکی تا مانیتورینگ‌ها را دارد و بسیار مورد توجه دانشمندان بوده مورد بررسی قرارگرفته است. کیفیت و کارایی این حس‌گرها به دو عامل حساسیت2 و ضریب شایستگی3 وابسته است. حس‌گرهای پلاسمونی سطحی موضعی به دلیل آلایش یا میرایی تشعشعی بالا ب پلاسمون های سطحی دارای پیک‌های رزونانسی عریض بوده که باعث کاهش ضریب شایستگی حس‌گر می‌شود و این برخلاف حس‌گرهای پلاسمون سطحی انتشاری4 که ضریب شایستگی بالاتری دارند می‌باشد. سادگی، پیاده‌سازی آسان‌تر، هزینه کم، قابلیت اندازه‌گیری محلی، باعث شده حسگرهای پلاسمونی سطحی موضعی نسبت به حس‌گرهای پلاسمون سطحی انتشاری  اولویت داشته باشند. علاوه بر این، در این زیست حس‌گرها خصوصیات حسگری، اغلب در طول‌موج‌های مرئی مورد بررسی قرارگرفته است و از آنجائی که در رژیم نزدیک فروسرخ، موج الکترومغناطیسی حاصل از تشدید پلاسمون سطحی عمق نفوذ زیادتری داشته و همچنین، تعیین دقیق‌تر عمق‌های آن در این رژیم امکان‌پذیر است، تحقق یک حس‌گر پلاسمونی سطحی موضعی در گستره طول‌موج‌های نزدیک مادون‌قرمز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. درمجموع برای طراحی یک حس‌گر کاربردی علاوه بر نیاز به بهبود حساسیت، یک بهبود اساسی در دقت آشکارسازی حس‌گر شامل قدرت تفکیک‌پذیری و نسبت سیگنال به نویز نیز موردنیاز است که لازم است بهبود هم‌زمان سه پارامتر فوق در قالب عدد شایستگی حس‌گر در طراحی لحاظ گردد که به‌ندرت در کارهای پیشین این کار انجام‌گرفته است. ما یک آرایه سه‌بعدی از نانو ساختار هیبریدی متشکل از هسته طلا و پوسته‌های اول و دوم به ترتیب بورنیترید گرافن را بر روی یک بسترکوارتز5 به‌عنوان یک حس‌گر مایعات شبیه‌سازی کردیم که دارای ضریب شایستگی و حساسیتی به ترتیب برابر125.80 و  nm/riu283 را دارد که یک بهبود قابل‌توجهی نسبت به کارای پیشین درزمینه‌ی حس‌گرهای تشدید پلاسمون منطقه‌ای است. شبیه‌سازی نانو حسگر پیشنهادی به‌صورت سه‌بعدی و با روش تفاضل‌های محدود در حوزه زمان در نرم‌افزار لومریکال انجام‌گرفته است.