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May 03, 2023

新しい非線形デルタに基づくバイオセンサー

Rapporti scientifici Volume 12,

Scientific Reports volume 12、記事番号: 17674 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

本研究では、異なる濃度のヨウ化ナトリウム（NaI）溶液を検出するための新しい非線形デルタ関数フォトニック結晶を提案します。 提案された構造は、NaI 水溶液中の GaP の 50 個のデルタ スタックで構成されています。 これらのスタックは、10-6 (V/m)-2 程度の弱いデフォーカス非線形性を有すると考えられます。 設計の非線形性により、フォトニックバンドギャップ内に欠陥のような共鳴が形成されます。 したがって、フォトニック結晶構造による欠陥を含めることなく、さまざまな濃度の NaI の検出を簡単に調査できます。 GaP層の屈折率の線形部分と非線形係数の両方が透過率値に及ぼす影響を徹底的に議論します。 数値的発見は、共鳴ピークが何らかの臨界非線形性で分裂し始めることを調査しています。 提案した構造では、約−12×10−6(V/m)−2で分裂が発生します。 この点において、提案されたセンサーは 409.7 nm/RIU の高感度と 0.0008 という素晴らしい検出限界を提供します。

近年、周期構造、特に一次元 (1D) 設計を通る波の伝播の研究に対する関心が高まっていることが実証されています。 これらの構造の中で最も重要なものは、ヤブロノビッチとジョンによって初めて紹介されたフォトニック結晶 (PC) またはフォトニックバンドギャップ (PBG) 材料です1,2。 その後、PC はさまざまな用途に合わせて 1D、2D、および 3D 構造で製造されました 3、4、5、6。 これらの結晶は周期的に変調されたナノ構造材料であり、これらの材料の各界面で入射波の多重干渉を実現します5、6。 物理的には、電子バンドギャップと半導体材料のフェルミ準位の違いと同様に、各材料の誘電率の違いによって界面が形成されます1、7、8。 PC の構成要素間の光学的不一致に基づいて、PBG が導入される場合があります。 この PBG は、従来の材料を使用しては調査できないいくつかの新しい物理的特性と多くの潜在的な用途につながります9、10。

この研究の目的は、リン化ガリウム (GaP) のデルタスタック (非線形 (NL) 材料) で構成され、センシング目的で水溶液中に配置されたデルタ関数 1D PC を通る電磁波の伝播を研究することです。 PC のヘテロ構造は、1D 周期ポテンシャル障壁内の電子の運動を記述する Kronig-Penney モデルに関連しています 11,12。 線形材料内の無秩序な構造が伝播波の局在化効果を誘発する一方、非線形相互作用が周期系を介して入射波に一種の非局在化効果を引き起こすことはよく知られています13。 不規則な 1 次元格子では、アンダーソンの理論では、構造の長さに応じて透過率が指数関数的に減衰すると予測されます 14。 ただし、非線形構造では透過係数がゆっくりと減衰することが証明されています 15、16。 一方で、非線形相互作用は周期構造に何らかの無秩序を導入し、それによって入射波の局在化効果を高めることは言及する価値があります 12,13。 いくつかの研究では、非線形性が大きい場合、伝播波の非局在化効果が明確に消失することが確認されています17。 前述の研究に触発されて、我々はここで、設計を水溶液に挿入することにより、非線形デルタ関数 PC を介して可視領域における入射電磁波の局在効果を強化することを目的としています (液体は波の局在と共鳴効果に特有のものです 18,19したがって、ここでの研究の 2 番目の目的は、PC の透過スペクトルに対する非線形の影響を研究し、提案された非線形の非線形性をデフォーカスすることによって透過係数がどのように減衰するかを示すことです。材料。

非線形システムにおける波動伝播は、超格子 20 やナノデバイス 21 などの多くのシステムの光学現象や電子輸送特性を理解するために広範に研究されてきたことに言及する必要があります。 非線形シュレディンガー方程式は、さまざまな非線形物理現象の原型と考えられています22。 たとえば、超流動体では、これはグロス・ピタエフスキー方程式に関係しますが、電子システムでは、閉じ込められた電子間のクーロン相互作用に関係します 20,22。 前述の理由により、入射波の伝達は線形システムと非線形システムで一意に決定されないことは明らかです。

伝達行列法 (TMM) は、層状媒体を介して波の伝播を操作するための正確な方法と考えられています 3,6,9。 さらに、これは 1D PC3、6、9、分布帰還レーザー 23、均一および不均一格子 24 を通る波動伝播を記述するために集中的に使用されます。 さらに、いくつかの研究では、非線形光学システムにおけるこのツールの使用の可能性について議論されています24。 それ以来、TMM は、任意の量子井戸設計 15 における 1D シュレーディンガー方程式の解析や、超格子におけるトンネリングの解決に使用されてきました 24。 少し変更されていますが、ここで開発された方法は、さまざまなフォトニックバンド構造を計算するために一般的に使用される通常の TTM に基づいています。

上記の理由により、PC センサーは新しい結果と高いパフォーマンスを提供するため、多くの学術および産業用途で広く使用されています 3,9,19。 その中には、PC マイクロキャビティ 25、スロット PC 導波路 26、27、28、29、30、31、スラブ導波路 32、リング状スロット付き PC 導波路 33、およびナノキャビティ 34、35、36、37、38、39 もあります。 前述の研究に動機付けられたこの研究は、Kronig-Penney デルタ関数 (非線形材料) PC に基づく新しいタイプの PC センサーの研究に焦点を当てています。 以前の PC 設計のほとんどは高い Q 値を提供し、さまざまな液体や気体の用途に使用されていたにもかかわらず、提示されたセンサーは、欠陥モードや導波路に依存しないため、従来の PC センサーとは明らかな違いがあります。伝播波の散逸が大きいなどの欠点や、波信号が検出プロセスを通じて縮小する可能性があります40。 さらに、非線形構造を利用するもう 1 つの主な利点は、その非線形応答が超高速応答であることです。 さらに、ここで使用された材料の弱い非線形性は、大きな非線形構造で発生する非局在化効果の問題に対する別の解決策を考慮しました。 したがって、使用する材料のデフォーカス非線形性が透過係数の強度に及ぼす影響も研究する予定です。 さらに、提案された設計は、前述の設計と比較して、分析の普及に何らかの便宜をもたらす可能性があります。 さらに、提案された設計は、PC の製造で広く考慮されている化学ウェット エッチング アプローチに基づいて簡単に製造できます 41。 したがって、このような利点は実際の環境において価値があると考えられます。

一方、ここで注目する液体はヨウ化ナトリウム（NaI）で、さまざまな医療や産業用途のほかに、甲状腺疾患などの生理学的疾患の治療にも使用されます42。 たとえば、NaI 水混合物は、栄養不足によって引き起こされるヨウ素欠乏症の治療に使用されます 42。 本研究では、上記の有望な点を踏まえ、1次元非線形デルタ関数PCを用いて、非線形構造のメリットを活かした高感度バイオセンサーの導入を目指します。 研究は以下のセクションに分類されます。 Kronig-Penny NL デルタ関数 PC の理論的解析と入射電磁波の透過スペクトルの数式は、「モデルの説明と数学的解析」セクションで紹介されています。 「数値実証と考察」セクションでは、非線形性、非線形材料の屈折率、入射角、NaI 濃度、その他のパラメータが透過係数に及ぼす影響に関する数値結果と考察が示されています。 最後に、「結論」セクションで結論を述べます。

図 1 に見られるように、最初に単一の非常に薄い NL デルタ (\(\delta\)) 誘電率関数層を研究します: \(\varepsilon_{NL} \left( x \right) = U\left( {1 + {\Lambda }\left| E \right|^{2} } \right)\)、ここで E は x 軸に沿った電場、\(U = \varepsilon_{L} \delta x\)、 \(\varepsilon_{L}\) は誘電率であり、量 \(\alpha = \varepsilon_{L} {\Lambda }\) は非線形カー係数を表します。 NL メディアのフォーカスおよびデフォーカスは、それぞれ \(\alpha\) が正または負であることで表されます。

単一の非線形デルタ関数レイヤー。

NL 境界に平面波が入射し、一部が反射され、残りが透過したとします。 NL 媒体では、マクスウェル方程式は次のように与えられます 12,43:

ここで \(k_{0}\) は自由空間を伝播する波の波数ベクトルです。 積分方程式 x に関して (1) を計算すると、次の方程式が得られます。

関係を利用する: \(\mathop \int \limits_{ - a}^{ + a} \delta xf\left( x \right)dx = f\left( 0 \right) \) 任意の f(x) ) x = 0 で連続である場合、次のようになります。

x = 0 では、 \(E_{0}^{ + } = E_{0}^{ - } = E_{i} + E_{r} = E_{t}\) となるため、式 (3) は次のように記述できます。

用語を集めて整理すると、次のようになります。

この関係から、透過率は次のように計算されます。

ただし、線形媒体では \({\Lambda } = 0\) となり、透過率は次のようになります。

図 2 に示されているように、x = na、n = 0、1、2… に位置する 1D 周期的な Kronig Penny δ 関数 PC 多層 (前述の非線形 δ 関数層からの多層設計) を仮定します。 N − 1、a は格子定数です。 非線形層は、媒体内の欠陥または不純物として機能する半無限の誘電媒体に浸漬されます。

1D 周期 Kronig-Penny 非線形δ関数 PC の水溶液への浸漬。

検討中の PC 構造は、不純物媒体としての水溶液に浸漬された非線形δ関数層で構成されています。 ここでは非線形性 \({\Lambda }\) < 0 (デフォーカス非線形性) を採用します。

平面波 \(E_{i} e^{ - ikx}\) が最初の NL 層に右側から (空気を通して) 入射します。 PC のクラッド層 (結晶の外側) での入射場、反射場、透過場は次のように与えられます。43、44:

NL 挿入図内では、電場の TE モードは次の時間に依存しない波動方程式を満たします。

ここで \(U = n^{2} \delta a\)、n は媒質の屈折率です。

上の方程式は、1D 周期格子内の電子の Kronig Penny モデルに類似しています 11,12。 この方程式は、一般化ポアンカレ マップと呼ばれる離散形式で次のように書き直すことができます 12,44,45:

ここで、\(E_{n}\) は、n 番目のサイトでの TE 偏光の電場振幅です。 式 (15) は、x 軸に沿った 3 つの連続する位置における電場の振幅を関係付けます。 数値反復計算では、初期条件 \(E_{0} = 1\) および \(E_{ - 1}\) = \(E_{0}\) eika = eika を設定して計算を進めます。 したがって、次のことから始めます。

これにより \(E_{1}\) が得られます。 続けると、次のようになります。

これにより、端点 \(E_{n - 1}\) と \(E_{n}\) の電場まで \(E_{2}\) などが得られます。 それらを評価した後、透過係数の方程式を次のように使用します。

透過率 (T) は、エンドサイトの電場の振幅 \(E_{n - 1}\) と \(E_{n}\) に依存することに言及する価値があります。

私たちの研究研究のこの部分では、デフォーカス非線形性の形でのカーのような非線形効果の存在下で、提案した構造の数値調査を実証します。 この構造は、等間隔に配置された厚さ 3 nm の GaP 層 50 層で構成されており、この設計はさまざまな NaI 濃度の水溶液に浸漬されています。 これらの等間隔のスタックは、互いに 1000 nm 離れています。 デルタスタックは弱いデフォーカス非線形性（10−6 (V/m)−2程度の負の非線形定数）を持つと考えられています。 GaP の屈折率は 450 nm での約 3.8 から 650 nm での約 3.3 の範囲にあり、光周波数ではほぼゼロの消衰係数を維持します46。 さらに、NaI 溶液の屈折率は、入射放射線の波長、温度、およびその濃度に強く依存することがわかっています 47。 ほぼ室温での NaI 溶液の屈折率は、(参考文献 47 の実験データの二次フィッティングに基づいて) 次のように説明されます。

図 3 は、構造の透過率特性を示しています。 カー非線形性がない場合、図 3a の透過率スペクトルは、帯域幅 19 nm で 559 ～ 578 nm に広がる PBG の外観を示しています。 この PBG は、GaP と NaI 溶液の間の屈折率の相対的な高いコントラストの結果として形成されます。 GaP 層を通してデフォーカス非線形性を考慮すると、GaP 層の屈折率に対する電磁場強度の影響により、透過率スペクトルは異なる応答を示し始めます13。 非常に興味深いのは、構造に欠陥がないにもかかわらず、図 3b に示すように、スペクトルが 570 nm で PBG の中心に共鳴ピークを持つことが判明したことです。 この共振ピークは、非線形性誘起欠陥状共振としても知られています。 このピークの存在は、欠陥のある PC や PC 内の対応する液体と比較して、多くの液体の検出と監視を通じて潜在的に興味深い可能性があります。 特に、特定の比較的薄い厚さの欠陥層の必要性は必須ではない。

GaP の非線形スタックを濃度 0.35 の NaI 溶液に埋め込んだ設計 1D PC の透過率 ((a) カー非線形性の不在および (b) デフォーカス非線形性の存在)。

次に、図 4 に示す共振ピークのような欠陥の出現に対する非線形係数の影響を示します。この図は、しきい値の非線形係数が存在し、その後構造が欠陥があるかのように動作することを明らかにしています。 私たちの構造では、図4aに示すように、10−6のオーダーの非線形性が必要です。 一旦進化すると、欠陥のような共鳴ピーク強度は非線形性を伴って臨界値まで増加し、それを超えると図4bに示すように2つのピークが発生します。 言い換えれば、PBG の共鳴ピークが発達します。 狭いサブバンドギャップが確立されるまで、非線形係数が増加するにつれて強度は減少します。 これを以下の図 4b に示します。 この図から、非線形係数が 12 × 10−6 を超えると、ピークが 2 つのピークに分割され、共鳴透過率が逆転することがわかります。 非線形性が増加するにつれて、2 つのピークは互いに発散し、最終的には重なりがほとんどない 2 つの別個の (十分に分解された) ピークが形成されます。 一方、この場合の2つのピークの強度は、図4bに示すように、非線形係数の変化とほぼ1に等しくなります。 したがって、非線形係数の指定された値内で、共鳴などの 1 つまたは 2 つの欠陥モードを使用して、さまざまな濃度での NaI のモニタリングを調査できます。

(a) 共鳴のような 1 つの欠陥モードと (b) 共鳴のような 2 つの欠陥モードの設計構造の透過率スペクトルに対する非線形係数の影響。

図１〜図４において、 図５および図６では、デルタスタックの屈折率の線形部分に対する臨界非線形性および共振のような欠陥モードの依存性が両方とも調査されている。 特に、この視覚化は、構造の透過率の応答における屈折率の線形部分の役割により、光学デバイスおよびセンサーの設計および製造を通じて重要な注目を集める可能性があります13。 図 5 は、GaP 層の線形部分による非線形係数の臨界値の変化を示しています。 この図は、共鳴のような欠陥モードが GaP 屈折率の線形部分の増加に伴って指数関数的に減少し始める Λ の臨界値を明らかにしています。 この応答は、検出手順を通じて非常に重要です。 特に、NaI の検出に使用できる共鳴ピークの出現は、非線形係数の値に大きく依存します。 これに関連して、次の経験式は、得られた数値結果に従って、屈折率の線形部分の関数としての非線形係数の臨界値を調べます。

デルタスタック屈折率の線形部分の関数としての臨界非線形係数。

非線形係数 = − 2 × 10−7(V/m)−2 の一定値におけるデルタ スタックの屈折率の増分に対する透過率のスペクトル。

以下の図 6 では、GaP の屈折率が 3.3 から 3.5 まで 0.025 ずつ増加すると仮定し、対応する透過率を計算します。 非線形係数が − 20 × 10−6 (V/m)−2 の場合、デルタスタックの値が 570 nm で 3.3 に相当するため、共鳴のような単一欠陥が調査されます。 屈折率が 3.325、3.35、3.375 とさらに増加し​​ても、共鳴ピークは依然として同じ波長に位置します。 ただし、透過率の値は、屈折率 = 3.375 で 1 に達するまで大幅に増加します。 ピーク分割が現れる臨界値は 3.375 であることがわかります (図 6 の黒い実線)。 図 6 に示すように、屈折率がこの値を超えると、2 つの共鳴ピークがより目立つようになり、それらの間の発散が大幅に増加します。

NaI の濃度を変えたときの設計の透過率特性を図 7 に示します。ここで、非線形係数の値は一定に保たれ、− 10 × 10−6 (V/m)−2 に設定されています。 この値により、図 7a に示すように、共鳴ピークのような欠陥が 1 つだけ出現します。 ここで、共鳴波長は 544 nm で得られます。 このような値は、検体を通じて NaI 濃度がゼロの場合に得られます。 これに関して、図7aに示すように、共鳴ピークの位置はNaI濃度が増加するにつれて長波長側にシフトします。 濃度を 0 (溶液中に NaI が存在しない) から 0.6 に変更すると、ピークが 544 nm から 603 nm にシフトします。 したがって、NaI溶液の屈折率は、式(1)に関して1.335から1.479まで変化します。 (14)。 NaI 溶液の濃度のこのような変化により、感度値は約 409.7 nm RIU-1 になります。 これは比較的高い感度であると考えられており、可視領域で観察されています。 また、この設計が IR またはマイクロ波周波数で動作するように最適化されれば、改善される可能性があります。 NaI濃度に対する共鳴ピークの応答をまとめるために、NaI溶液の屈折率に対する共鳴波長を図7bにプロットします。 これは (完全に) 直線的で、傾きは 409.15 で、以前の予測と見事に一致しています。 特に、この関係の傾きは、設計された構造の平均感度に相当します。

(a) いくつかの NaI 濃度における波長に対する共鳴時の透過率。 (b) 濃度 (または NaI の屈折率) に対する共鳴スペクトル位置。

動作をさらに理解するために、ここでは、提案されたセンサーのいくつかのパフォーマンス パラメーターを計算します。 一方、この構造の半値全幅 \(\Delta \lambda_{1/2}\) は \(7.39\,\,{\text{ nm}}\) と計算されています。 したがって、他のパフォーマンスパラメータは次のようになります48、49、50、51:

性能指数:

信号対雑音比:

検出限界:

あれは; このセンサーは、屈折率単位で最小 0.007 の変化を検出できます。

この構造をセンサーとして使用する別のアプローチは、臨界非線形値の後に分割される 2 つのピークを利用することです。 ここでは、適切な出力を得るために、非線形係数として − 20 × 10−6 (V/m)−2 を選択し、デルタ期間の数として N = 70 を選択します。 1 ピークの場合と同様に、図 8 に示すように、右ピークは屈折率の 0.144 の変化を受けて 59 nm のスペクトル変位をシフトします。この場合、409.7 nm RIU-1 の感度が得られます。 この感度の値は、1 ピークの場合の領域で動作する構造の感度と同じですが、ここではピークがはるかに鋭いため、パフォーマンスが向上すると予想されます。 計算により、設計されたセンサーの性能に関連するパラメータが取得されます。 \(FOM = 317 \,\,{\text{RIU}}^{ - 1}\)、\( SNR = 45.669\)、および \(\delta n = 0.0008.\) これらの値は、単一共振ピークの場合と比較したセンサーの性能。 このパラメータ内の大幅な増加は、FWHM 値の減少によるものです。 最後に、表 1 では、理論レベルと実験レベルの両方で、提案したセンサーといくつかの関連センサーの感度の簡単な比較を検討しました。

2 つの分割ピーク領域で動作する提案された構造の透過率スペクトル。 N = 70、\(\wedge\) = − 20 × 10−6 は、NaI のさまざまな濃度に対して相対的です。

要約すると、我々は、カー様非線形性に基づいて NaI 溶液の濃度を検出するための新しい PC センサー設計として 1D 非線形デルタ関数構造を設計しました。 これに関して、提案された構造は、NaI 水溶液によって分離された GaP の 50 個のデルタスタックで構成されています。 数値結果は、Kronig Penny モデルの数学的定式化に基づいて実証されています。 数値調査により、電磁場強度による GaP スタックの屈折率の変化に起因して、PBG 内に共鳴ピークのような欠陥が出現することが示されました。 この共鳴ピークは、GaP 層の屈折率の非線形係数または線形部分が増加すると、効率的に複数のピークに分割される可能性があります。 したがって、提案された設計は、NaI 濃度やその他の化学溶液の検出と監視において潜在的な懸念となる可能性があります。 これに関連して、提案されたセンサーは 409.7 nm RIU-1 という比較的高い感度と 0.0008 の検出限界を提供します。

現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

Yablonovitch、E. 固体物理学およびエレクトロニクスにおける自然放出の抑制。 物理学。 レット牧師。 58(20)、2059–2062 (1987)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

John, S. 特定の無秩序な誘電体超格子における光子の強力な局在化。 物理学。 レット牧師。 58(23)、2486–2489 (1987)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Mehaney, A.、Abadla, M.、Elsayed, H. 高性能光センサーとしてのタム/ファノ共鳴を含む 1D 多孔質シリコン フォトニック結晶。 Ｊ．Ｍｏｌ． 液体 332、114978 (2021)。

記事 Google Scholar

赤羽由利 ほか 2次元フォトニック結晶内の高Qフォトニックナノキャビティ。 Nature 425、944–947 (2003)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

枝川和也、かのこS.、納富M. 3Dフォトニックバンドギャップを持つフォトニックアモルファスダイヤモンド構造。 物理学。 レット牧師。 100(1)、013901 (2008)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

Abadla, MM、Elsayed, HA & Mehaney, A. 温度依存成分を含むバイナリ一次元環状フォトニック結晶の熱光学特性。 物理学。 E 低次元システム。 ナノ構造体。 119、114020 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Yablonovitch、E. フォトニックバンドギャップ構造。 J. Opt. 社会午前。 B 10、283–295 (1993)。

記事 ADS CAS Google Scholar

リー、Ｓ．ら。 ブロッホモード解析に基づく調整可能な完全なフォトニックバンドギャップのオンデマンド設計。 科学。 議員第 8 号、14283 (2018)。

論文 ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Abadla, MM、Elsayed, HA & Mehaney, A. ネマチック液晶を使用した環状一次元フォトニック結晶温度センサーの感度向上。 物理学。 Scr. 95、085508 (2020)。

記事 ADS CAS Google Scholar

RK セルソンスキーら。 3次元フォトニック結晶の多様性。 ナット。 共通。 2543 年 12 月 (2021 年)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ジョージア州ルナ・アコスタ、FM イズライレフ、ニューメキシコ州マカロフ、U. クール、H.-J ストックマン位置的無秩序を伴う 1 次元 Kronig-Penney モデル: 理論と実験。 物理学。 Rev. B 80(11)、115112 (2009)。

記事 ADS Google Scholar

Mishra, S. & Satpathy, S. 1 次元フォトニック結晶: Kronig-Penney モデル。 物理学。 Rev. B 68(4)、045121 (2003)。

記事 ADS Google Scholar

Senouci, K.、Zekri, N.、Bahlouli, H.、Sen, A. 1 次元の周期的で不規則な格子に対する非線形性の影響。 Ｊ．Ｐｈｙｓ． 凝縮します。 問題 11(7)、1823 ～ 1832 年 (1999)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Anderson, P. 特定のランダム格子には拡散が存在しない。 物理学。 改訂 109、1492 (1958)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Devillard, P. & Souillard, B. ランダム媒質における非線形シュレーディンガー方程式の多項式減衰伝達。 J.Stat. 物理学。 43、423 (1986)。

記事 ADS MATH Google Scholar

Abdullaev, F.、Bishop, A. & Pnevmatikos, S. 非線形性障害 (Springer、1992)。

Google Scholar を予約する

Molina、MI & Tsironis、GP 非線形ランダム二元合金における局在化の欠如。 物理学。 レット牧師。 73、464 (1994)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Ｙｏｏ、Ｙ．ら。 周期的な水滴中の電磁波を吸収するメタマテリアル。 科学。 議員 5、14018 (2015)。

論文 ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Elsayed, HA & Mehaney, A. 多孔質シリコンを含む一次元フォトニック結晶に基づく大豆バイオディーゼルのモニタリング。 応用ナノサイエンス。 11、149–157 (2021)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Zhang, Y.、Kastrup, J.、Klann, R.、Ploog, K. & Grahn, H. GaAs/AlAs 超格子における共鳴トンネルによって引き起こされる同期とカオス。 物理学。 レット牧師。 77、3001 (1996)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Frohlich, J.、Spencer, T. & Wayne, CE 不規則な非線形力学システムにおける局在化。 J.Stat. 物理学。 42、247 (1986)。

記事 ADS MathSciNet MATH Google Scholar

ツィロニス、ＧＰ、エコノモウ、ＥＮ、Ｐｒｏｃ． 会議 （クレタ島、イラクリオン、1996年）。 Physica D 113、115–412 (1998)。

Wan, Y. & Soujoulis, CM 一次元非線形格子における電子応答。 物理学。 Rev. B 40、12264 (1989)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Wan, Y. & Soukoulis, CM 一次元非線形シュレーディンガー方程式: 非線形力学的なアプローチ。 物理学。 Rev. A 41, 800 (1990)。

論文 ADS MathSciNet CAS PubMed Google Scholar

Kassa-Baghdouche、L. 最適化された H1 フォトニック結晶マイクロキャビティを使用した高感度分光ガスセンサー。 J. Opt. 社会午前。 B 37、A277–A284 (2020)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Serna, S. et al. 低速光スロット フォトニック結晶導波路における実験的な GVD エンジニアリング。 科学。 議員番号 6、26956 (2016)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kassa-Baghdouche, L. & Cassan, E. 最適化されたスロット付きフォトニック結晶導波路を使用した中赤外屈折率センシング。 フォトニクスナノ構造体。 ファンダム。 応用 28、32–36 (2018)。

記事 ADS Google Scholar

Menacer, O.、Messai, A. & Kassa-Baghdouche, L. TCP/AQM ネットワーク システム用のスミス予測子に基づく比例積分コントローラーの設計と解析。 フロント。 知らせる。 テクノロジー。 電子。 工学 23、291–303 (2022)。

記事 Google Scholar

Datta, T. & Sen, M. スロット付きフォトニック結晶導波路の特性評価と非線形光学におけるその応用。 超格子マイクロ構造。 109、107–116 (2017)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Caer, C.、Le Roux, X.、Cassan, E. 遅波スロット フォトニック結晶導波路における光の局在化の強化。 オプション。 レット。 37、3660–3662 (2012)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

Kassa-Baghdouche, L. & Cassan, E. 中赤外分光法を使用したガス測定のための高効率スロット付きフォトニック結晶導波路。 機器科学。 テクノロジー。 46、1–11 (2017)。

Google スカラー

Di Falco, A.、O'Faolain, L.、Krauss, TF フォトニック結晶スロット付きスラブ導波路。 フォトニクスナノ構造体。 ファンダム。 応用 6(1)、38–41 (2008)。

記事 ADS Google Scholar

Kassa-Baghdouche, L. & Cassan, E. 中赤外屈折率センシング用のリング状スロット付きフォトニック結晶導波路の感度分析。 オプション。 量的。 電子。 51、328（2019）。

記事 Google Scholar

中村 哲、高橋 裕、田中 裕、浅野 哲、野田 S. 漏洩成分の可視化によるフォトニック結晶ナノキャビティの品質係数の改善。 オプション。 エクスプレス 24、9541 ～ 9549 (2016)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

Kassa-Baghdouche, L.、Boumaza, T. & Bouchemat, M. さまざまな低屈折率クラッド材料を使用した平面フォトニック結晶に実装された点欠陥ナノキャビティの光学特性。 応用物理学。 B 121、297–305 (2015)。

記事 ADS CAS Google Scholar

野村 M.、田辺 K.、岩本 S.、荒川 Y. 半導体ベースの超小型フォトニック結晶ナノキャビティの高 Q 設計。 オプション。 エクスプレス 18、8144 ～ 8150 (2010)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

赤羽 裕也、浅野 哲也、宋 学士、 & Noda, S. 微調整された高 Q フォトニック結晶ナノキャビティ。 オプション。 エクスプレス 13、1202 ～ 1214 (2005)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

Kassa-Baghdouche, L.、Boumaza, T.、Cassan, E. & Bouchemat, M. 可視波長範囲の集積フォトニクス用の SiN ベースの平面フォトニック結晶 L3 ナノキャビティにおける Q 因子の強化。 オプティック・インターナショナル J. 光電子オプト。 126、3467–3471 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Kassa-Baghdouche, L.、Boumaza, T. & Bouchemat, M. ハイブリッドシリコン/ポリマー材料を組み込んだ非線形平面フォトニック結晶ナノキャビティにおける Q ファクターの最適化。 物理学。 Scr. 90(6)、065504 (2015)。

記事 ADS Google Scholar

ザレマネシュ、M. 他三角格子フォノニック結晶に基づく温度バイオセンサー。 APLメーター。 9、061114 (2021)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Renilkiumar, M. & Nair, P. 異方性化学ウェット エッチングによる配向 SOI ウェーハ上の広範囲に調整可能な多波長チャネル ドロップ フィルター。 （2012年）。

Ravera, S.、Reyna-Neyra, A.、Ferrandino, G.、Amzel, LM & Carrasco, N. ナトリウム/ヨウ化物共輸送体 (NIS): 分子生理学と前臨床および臨床応用。 アンヌ。 Rev. Physiol. 79、261–289 (2017)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

マルコス、P. およびスークーリス、CM 波動伝播 (プリンストン大学出版局、2008 年)。

MATH を予約する Google Scholar

Mansour, D. & Senouci, K. 1 次元の完全フォトニック結晶における弱い非線形性によって引き起こされる欠陥モードのような透過。 物理学。 Rev. B 101(4)、043830 (2020)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Lidrikis, E.、Busch, K.、Li, Q.、Chan, CT & Soujoulis, CM 線形および非線形構造における波の伝播。 物理学。 D 非線形現象。 113(2–4)、346–365 (1998)。

記事 ADS CAS MATH Google Scholar

Aspnes、DE & Studna、AA Si、Ge、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb の誘電関数と光学パラメータ (1.5 ～ 6.0 eV)。 物理学。 Rev. B 27、985–1009 (1983)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Narrow, TL、Yoda, M. & Abdel-Khalik, SI ヨウ化ナトリウム水溶液の屈折率の単純なモデル。 経験値 Fluids 28、282–283 (2000)。

記事 CAS Google Scholar

Mehaney, A.、Alrowaili, ZA、Elsayed, HA、Taha, TA & Ahmed, AM 呼気中のイソプレン微量モニタリングのためのタムプラズモン共鳴の理論的研究: 慢性肝線維症疾患バイオマーカーに向けて。 物理学。 レット。 A 413、127610 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

ホワイト、IM & ファン、X。共鳴屈折率センサーの性能定量化について。 オプション。 エクスプレス 16(2)、1020 (2008)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

El Beheiry, M.、Liu, V.、Fan, S. & Levi, O. フォトニック結晶スラブ バイオセンサーの感度向上。 オプション。 特急18(22)、22702(2010)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

Ahmed, AM、Mehaney, A. & Elsayed, HA 肺がん診断のバイオマーカーとして 1D PC を使用した、呼気中の微量トルエンの検出。 ユーロ。 物理学。 J. Plus 136(6)、1–14 (2021)。

記事 Google Scholar

Sansierra, MC、Morrone, J.、Cornacchiulo, F.、Fuertes, MC & Angelomé, PC メソポーラス酸化物薄膜から構築されたタム モード ベースのデバイスを使用した有機蒸気の検出。 化学。 ナノ。 マット。 5、1289–1295 (2019)。

CAS Google スカラー

アリー、AHら。 生殖女性ホルモン検出用の相変化材料で構成される1D再構成可能な双安定光デバイス。 物理学。 Scripta 96、125533 (2021)。

記事 ADS Google Scholar

Huang, Q.、Peh, J.、Hergenrother, PJ & Cunningham, BT 多孔質フォトニック結晶外部共振器レーザー バイオセンサー。 応用物理学。 レット。 109(7)、071103 (2016)。

論文 ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sahu, S.、Ali, J.、Yupapin, PP & Singh, G. 屈折率バイオセンサー用の多孔質シリコンベースのブラッググレーティング共振器。 光子。 上院議員 8(3)、248–254 (2018)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Olyaee, S.、Najafgholinezhad, S.、Banaei, HA ナノキャビティ共振器を使用した 4 チャンネルラベルフリーフォトニック結晶バイオセンサー。 光子。 上院議員 3(3)、231–236 (2013)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Sahu, S.、Ali, J.、Yupapin, PP、Singh, G. クラッド変調格子導波路に基づく光学バイオセンサー。 Optik 166、103–109 (2018)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Huang、W.ら。 Ge-Sb-Se カルコゲナイドマイクロリング共振器をベースとした高感度屈折率センサー。 赤外線物理学。 テクノロジー。 116、103792 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

ラグナンダン、R.ら。 重金属イオン検出用のキトサン/PAA ベースの光ファイバー干渉センサー。 センサー。 アクチュエーター。 B 233、31–38 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Abd El-Aziz、OA、HA、Elsayed、MI サイード タンパク質のセンシングと検出のための一次元欠陥フォトニック結晶。 応用オプション。 58(30)、8309。https://doi.org/10.1364/AO.58.008309 (2019)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

マサチューセッツ州アバドラおよびハワイ州エルセイド 多孔質シリコンを含む一次元フォトニック結晶に基づく大豆バイオディーゼルのモニタリング。 応用オプション。 59(2)、418–424 (2020)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

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科学技術イノベーション資金庁 (STDF) がエジプト知識銀行 (EKB) と協力して提供するオープンアクセス資金。

TH-PPM グループ、理学部物理学科、ベニ・スエフ大学、ベニ・スエフ、62512、エジプト

アーメド・メハニー & フセイン・A・エルサイード

パレスチナ自治区ガザ地区アルアクサ大学理学部物理学科

メイゼン・エム・イーターズ

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MA は主要なアイデアを考案し、数値シミュレーションを実行しました。 HE と AM は結果について議論し、最終的な結論、レビュー、編集、改訂を行いました。 著者全員が最終原稿に貢献しました。

アーメド・メハニー氏への通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

Mehaney, A.、Abadla, MM、Elsayed, HA 弱い非線形性を含む新しい非線形デルタ関数フォトニック結晶に基づくバイオセンサー。 Sci Rep 12、17674 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-22210-3

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受信日: 2022 年 7 月 15 日

受理日: 2022 年 10 月 11 日

公開日: 2022 年 10 月 21 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-22210-3

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科学レポート (2023)

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