Photoactive terahertz metasurfaces for ultrafast switchable sensing of colorectal cells

太赫兹辐射 超短脉冲 材料科学 光电子学 光学 激光器 物理
作者
Yanan Jiao,Jing Lou,Zhaofu Ma,Longqing Cong,Xing Xu,Bin Zhang,Dingchang Li,Ying Yu,Wen Sun,Yan Yang,Shidong Hu,Boyan Liu,Yindong Huang,Lang Sun,Ride Wang,Ranjan Singh,Yuancheng Fan,Chao Chang,Xiaohui Du
出处
期刊:Materials horizons [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:9 (12): 2984-2992 被引量:53
标识
DOI:10.1039/d2mh00787h
摘要

Metasurfaces with a strongly enhanced local field are envisioned as a powerful platform for ultrasensitive optical sensors to significantly amplify imperceptible differences between compatible bioanalytes. Through the use of phototunable silicon-based terahertz (THz) metasurfaces, we experimentally demonstrate ultrafast switchable sensing functions. It is found that the THz responses of the coupled-resonances in the metasurfaces shift from Lorentz-lattice mode to electromagnetism-induced transparency (EIT) mode under optical pumping within an ultrashort time of 32 ps, enabling an ultrafast sensitive sensor. For the Lorentz-lattice mode, the THz time-domain signal directly shows a highly sensitive response to detect tiny analytes without extra Fourier transformation as the mismatch between the two modes increases. Once the metasurfaces are switched to the EIT mode, the silicon-metal hybrid structure supports frequency-domain sensing ability due to strong field confinement with a sensitivity of 118.4 GHz/RIU. Both of the sensing configurations contribute to more subtle information and guarantee the accuracy of the sensor performance. Combined with the aforementioned advantages, the proposed metasurfaces have successfully identified colorectal cells between normal, adenoma, and cancer states in experiments. This work furnishes a new paradigm of constructing reliable and flexible metasurface sensors and can be extended to other optics applications.
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