Magnetoplasmonics Lab

Archives 2021

طراحی و ساخت سلول های اتمی و اتمی پلاسمونی به عنوان هسته های حسگرهای فوق حساس در پژوهشکده لیزر و پلاسما

طراحی و ساخت سلول های اتمی و اتمی پلاسمونی به عنوان هسته های حسگرهای فوق حساس در پژوهشکده لیزر و پلاسما

اولین بار در کشور و در منطقه خاورمیانه با حمایت ستاد فوتونیک و مواد پیشرفته

از جمله نیازهای مورد نیاز در زمینه حسگرها و ادوات کوانتومی نیاز به مجتمع سازی و کاهش ابعاد فیزیکی پایین این ادوات است. راهکارهای گوناگونی در دنیا برای این منظور پیشنهاد شده و در حال توسعه می­باشد که یکی از این حوزه ها استفاده از ظرفیت نانوفوتونیک در طیف سنجی اتمی می­باشد. به عنوان مثال استفاده از موجبرهای میکرونی برای هدایت نور و اندرکنش با بخار اتمی از جمله مواردی بوده که با موفقیت روبه رو بوده. همچنین از موارد با قابلیت بسیار زیاد می­توان به برهمکنش تک اتم با مدهای کاواک اشاره کرد. یکی از موارد بسیار جذاب تسهیل کننده این ایده، استفاده از مدهای پلاسمونی به عنوان یک کاواک با قابلیت جفت شدگی آسان با گذارهای اتمی اشاره کرد. ایجاد جفت شدگی اتم با مد کاواک پلاسمونی نیاز به پیش شرایطی مانند شناخت کافی از انواع نانو ساختارهای پشتیبانی کننده از مدهای پلاسمونی و مشخصات مدهای پلاسمونی دارد، که باید به دقت به آن پرداخته شود.. باید توجه داشت که تاکنون کارهای زیادی به منظور به دام اندازی و سرمایش لیزری اتم ها با کمک امواج پلاسمون سطحی انجام شده است و این موضوع نوید بخش نسل جدید حسگرهای کوانتومی خواهد بود که مشخصه اصلی حساسیت فوق العاده را به همراه ابعاد کوچک خواهد داشت. همچنین تاکنون پتانسیل بالایی در ترکیب مدهای میرا در نانوساختارها با گذارهای اتمی وجود دارد، که این مورد به خوبی در آزمایشگاه مگنتوپلاسمونیک در دانشگاه شهید بهشتی و با حمایت ستاد فوتونیک و مواد پیشرفته مورد مطالعه قرار گرفته و نتیجه مطالعات برهمکنش موج میرا با بخار اتمی در مقالات معتبر به چاپ رسیده است. به عنوان مثال امکان سنجش فوق دقیق قطبش موج میرا ناشی از بازتاب کلی از سطح منشور، با کمک طیف سنجی اتمی با موفقیت نشان داده شد.

به طور کلی قدم هایی برداشته شده در ازمایشگاه مگنتوپلاسمونیک در حوزه اندرکنشهای کوانتومی اتم ها با امواج موجبری و فضای ازاد نور را می­توان به شکل زیر برشمرد

توانایی ساخت محفظه های با فشار پایین بخار اتمی روبیدیوم با ابعاد میلیمتری و میکرونی و همچنین محفظه های دوگانه با امکان جفت سازی کوانتومی اتم با مد موجبری پلاسمون سطحی و یا میرا و یا سایر مدهای موجبری

سلول های اتمی و اتمی پلاسمونی ساخته شده برای اولین بار در کشور

ساخت و کار با گرمکن متناسب با طیف سنجی بخار اتمی به منظور داده برداری فلورسانسی و عبوری

دور زدن پهن شدگی داپلری با کمک میکرو سلول روبیدیوم

جفت شدگی اتم با موج میرا و طیف سنجی موج میرا و امکان بررسی اندرکنش واندوالس اتم با سطح

جفت سازی تراز گسسته کوانتومی با تراز پیوسته پلاسمونهای سطحی و ایجاد تداخل فوق حساس فانو به منظور بهره گیری در حسگری کوانتومی از جمله حسگری میدان مغناطیسی

طراحی و ساخت طیف سنجی تمام اتوماتیک امواج سطحی پلاسمونی در پژوهشکده لیزر و پلاسما

طراحی و ساخت طیف سنجی تمام اتوماتیک امواج سطحی پلاسمونی در پژوهشکده لیزر و پلاسما

گروه مگنتوپلاسمونیک، پژوهشکده لیزر و پلاسما، دانشگاه شهید بهشتی

m_hamidi@sbu.ac.ir

برای اولین بار در کشور و با حمایت ستاد فوتونیک و مواد پیشرفته، سیستم طیف سنجی از حسگرهای پلاسمونی تمام اتومات، طراحی و ساخته شد.. با توجه به دقت اندازه گیری و تکرار پذیری حسگرهایی که بر اساس تحریک پلاسمونیکی طراحی میشوند این سیستم جایگزینی بر اساس معادل آزمایشگاهی آن و به عنوان یک محصول صنعتی معرفی شده است. کاربر در ارتباط با این سیستم تنها نیاز به طراحی حسگر اپتیکی را دارد و آنالیزهای مورد نیاز در چیدمان فیزیکی که نیازمند تنظیم زاویه ای بازهای منبع نور و بازوهای بازتابش نور می باشد، نمونه برداری طیفی در زوایای مختلف، تصویر برداری از لکه نوری، آنالیز داده بروی طیف گرفته شده، ذخیره سازی داده و انتقال داده به حافظه توسط این پلتفرم انجام میگیرد. از آنجا که کاربرد حسگرهای نوری مبتنی بر امواج سطحی پلاسمونیکی در حوزه های تشخیص طبی، فناوری نانو، تشخیص گاز، صنایع نفتی و علوم تحقیقاتی در حوزه فیزیک نور کاربرد بسیار دارد این سیستم نیز در انواع پروژهای مختلف صنعتی و تحقیقاتی میتواند به کار گرفته شود.

 اولین پلتفرم اتوماسیونی طیف سنجی امواج سطحی پلاسمونیکی ساخت ایران (1) و نمونه ای از طیف سنجی در دو زاویه متفاوت تابشی و بازتابشی(2)

مشخصات سیستم

منبع نور مریی باند وسیع *

دقت زاویه با رزولوشن 1/0 تا 1 درجه *

طیف سنجی در باند مریی ودر محدوده 350 تا 800 نانو متر *

جاروب زاویه ای از 20 تا 70 درجه *

آنالیز داده بروی داده طیفی و استخراج نمودار حساسیت زاویه ای بر حسب طول موج *

آنالیز داده بروی داده طیفی و استخراج نمودار سنسوگرام *

استخراج طیف از پرتوتابشی برای بررسی پدیده امواج سطحی متمرکز شده *

مدت زمان طیف سنجی 3 تا 10 دقیقه *

News

the journal of ACS Nano published a paper entitled as “Wearable Contact Lens Biosensors for
Continuous Glucose Monitoring Using Smartphones”

ABSTRACT: Low-cost, robust, and reusable continuous glucose monitoring systems that can provide quantitative measurements at point-of-care settings is an unmet medical need. Optical glucose sensors require complex and timeconsuming fabrication processes, and their readouts are not practical for quantitative analyses. Here, a wearable contact lens optical sensor was created for the continuous quantification of glucose at physiological conditions, simplifying the fabrication process and facilitating smartphone readouts. A photonic microstructure having a periodicity of 1.6 μm was printed on a glucose-selective hydrogel film functionalized with phenylboronic acid. Upon binding with glucose, the microstructure volume swelled, which modulated the periodicity constant. The resulting change in the Bragg diffraction modulated the space between zero- and first-order spots. A correlation was established between the periodicity constant and glucose concentration within 0-50 mM. The sensitivity of the sensor was 12 nm mM-1, and the saturation response time was less than 30 min. The sensor was integrated with commercial contact lenses and utilized for continuous glucose monitoring using smartphone camera readouts. The reflected power of the first-order diffraction was measured via a smartphone application and correlated to the glucose concentrations. A short response time of 3 s and a saturation time of 4 min was achieved in the continuous monitoring mode. Glucose-sensitive photonic microstructures may have applications in point-of-care continuous monitoring devices and diagnostics at home settings.

News On Spintronic

In this days, the journal of Advanced Materials Interfaces published a new paper entitled as “Nanoplasmonic-Enhanced Spintronic Terahertz Emission”

Recently fashionable spintronic terahertz (THz) emission provides fresh pathways for contactless diagnosing femtosecond spin currents, opens the door for developing next-generation high-performance THz emitters, and accelerates the interdisciplinary of ultrafast THz optospintronics. However, one of the research highlights of ultrafast magnetism and the difculty for further improving the spintronic THz emission productivity is how to eficiently reduce the energy consumption of all-optical magnetitic manipulation and improve the optical spin injection efciency. Here, it is demonstrated, for the frst time, gold nanorods (GNRs) plasmonic resonances can effectively increase the THz emission from W/CoFeB/Pt heterostructures by 140%. Systematic investigations of THz yield dependences on pumping laser incidence directionality, polarization, and the GNRs dimension parameter conclusively manifest the surface plasmon resonance validity. Theoretical interpretations combined with Drude–Lorentz model and numerical simulations semiquantitatively reproduce the experimental results. The observations prove that THz efciency can be improvedn by nanophotonic technologies and may also spark inspiration for developing functional nano-THz optospintronic devices.

News On Metasurface

In this days, the journal of ACS Nano publishes a new paper entitled as “Graphene Metapixels for Dynamically Switchable Structural Color”

ABSTRACT: Structural coloration providing vibrant and tailored colors enables broad applications. Existing strategies of structural coloration either use resonances or diffraction induced by arrayed nanostructures with element sizes at a wavelength scale or are based on interference from vacuum-deposited large-area thin films. It is extremely challenging to achieve full color pixels with diffraction-limited resolution without sophisticated multiple-step nanostructure fabrication or externally applied field control. Realization of dynamically switchable full color displays with diffraction-limited resolution is even harder. This work demonstrates a structural color strategy with developed anisotropic graphene metapixels. The anisotropic optical property is given by the intrinsic birefringence of the layered structure of graphene metamaterials, and each metapixel is spatially encoded by direct laser printing with diffraction-limited resolution (250 nm). The colors can be dynamically and instantly switched by controlling the scattering of the light source to excite different modes based on the strong anisotropic optical properties of the graphene metapixels. The low-cost large-scale fabrication method allows experimental demonstration of a large-area (4 in.) flexible full color optical switchable display. Such a simple, effective and flexible method promises broad practical applications in color display and color image sensing related fields.

News On Atomic Magnetometer

The Journal of Physics published a paper entitled as “Design of non-magnetic temperature control system for atomic vapor cell of atomic magnetometer”

Abstract. In order to make the atomic magnetometer work, the heater of the atomic vapor cell must ensure that the temperature can be accurately controlled and the magnetic noise should be reduced as much as possible. This work proposed a non-magnetic heater and designed a corresponding temperature control system. It shows that the heater structure has good heat preservation performance and so, control of the heating process is made easy. The test results indicate that the fluctuation range of vapor cell temperature is less than 0.018 ℃, 0.015 ℃ and 0.006 ℃ respectively at 40 ℃, 50 ℃ and 60 ℃. The effect of heater on the magnetic field cannot be observed by fluxgate magnetometer HS-MS-FG3LN-100 (<300pT).

موفقیت بزرگ گروه اتمی پلاسمونی

ساخت حسگرهایی با ابعاد بسیار کوچک

از جمله نیازهای حیاتی در زمینه حسگرها و تجهیزات کوانتومی، مجتمع سازی و کاهش ابعاد فیزیکی پایین این ادوات است. حسگرهای کوانتومی کاربردهای مختلفی یافته‌اند ور در تجهیزات پیشرفته آزمایشگاهی، دستگاه‌های الکترونیکی و سایر تجهیزات راهبردی به کار می‌روند.

در جهان، راهکارهای گوناگونی برای رسیدن به این هدف پیشنهاد شده و در حال توسعه است که یکی از این حوزه ها استفاده از ظرفیت نانوفوتونیک در طیف سنجی اتمی است.

به عنوان مثال استفاده از موجبرهای میکرونی برای هدایت نور و واکنش درونی با بخار اتمی از جمله مواردی بوده که با موفقیت روبه رو شده. همچنین از موارد با قابلیت بسیار زیاد می­توان به برهمکنش تک اتم با مدهای کاواک اشاره کرد.

لینک خبر

https://isti.ir/%D8%A7%D8%AE%D8%A8%D8%A7%D8%B1/%D8%B3%D8%A7%D8%AE%D8%AA-%D8%AD%D8%B3%DA%AF%D8%B1%D9%87%D8%A7%DB%8C%DB%8C-%D8%A8%D8%A7-%D8%A7%D8%A8%D8%B9%D8%A7%D8%AF-%D8%A8%D8%B3%DB%8C%D8%A7%D8%B1-%DA%A9%D9%88%DA%86%DA%A9

استفاده از مدهای پلاسمونی

یکی از موارد بسیار جذاب تسهیل کننده این ایده، استفاده از مدهای پلاسمونی به عنوان یک کاواک با قابلیت جفت شدگی آسان با گذارهای اتمی است. ایجاد جفت شدگی اتم با مد کاواک پلاسمونی نیاز به پیش شرایطی مانند شناخت کافی از انواع نانو ساختارهای پشتیبانی کننده از مدهای پلاسمونی و مشخصات مدهای پلاسمونی دارد، که باید به دقت به آن پرداخته شود.

باید توجه داشت که تاکنون کارهای زیادی به منظور به دام اندازی و سرمایش لیزری اتم ها با کمک امواج پلاسمون سطحی انجام شده و این موضوع نویدبخش نسل جدید حسگرهای کوانتومی خواهد بود که مشخصه اصلی حساسیت فوق العاده را به همراه ابعاد کوچک خواهد داشت.

پژوهش های موفقیت آمیز

همچنین تاکنون پتانسیل بالایی در ترکیب مدهای میرا در نانوساختارها با گذارهای اتمی وجود دارد، که این مورد به خوبی در آزمایشگاه مگنتوپلاسمونیک در دانشگاه شهید بهشتی و با حمایت ستاد فوتونیک و مواد پیشرفته معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، مورد مطالعه قرار گرفته و نتیجه مطالعات برهم‌کنش موج میرا با بخار اتمی در مقالات معتبر به چاپ رسیده است. به عنوان مثال امکان سنجش فوق دقیق قطبش موج میرا ناشی از بازتاب کلی از سطح منشور، با کمک طیف سنجی اتمی با موفقیت نشان داده شد.

از مهم‌ترین گام‌های برداشته شده در آزمایشگاه مگنتوپلاسمونیک در حوزه اندرکنش‌های کوانتومی اتم ها با امواج موجبری و فضای آزاد نور توانایی ساخت محفظه های با فشار پایین بخار اتمی روبیدیوم با ابعاد میلیمتری و میکرونی و همچنین محفظه های دوگانه با امکان جفت سازی کوانتومی اتم با مد موجبری پلاسمون سطحی یا میرا و یا سایر مدهای موجبری اشاره کرد.

همچنین ساخت و کار با گرمکن متناسب با طیف سنجی بخار اتمی به منظور داده برداری فلورسانسی و عبوری، دور زدن پهن شدگی داپلری با کمک میکرو سلول روبیدیوم، جفت شدگی اتم با موج میرا و طیف سنجی موج میرا و امکان بررسی اندرکنش واندوالس اتم با سطح و همچنین جفت سازی تراز گسسته کوانتومی با تراز پیوسته پلاسمون های سطحی و ایجاد تداخل فوق حساس فانو به منظور بهره گیری در حسگری کوانتومی از جمله حسگری میدان مغناطیسی در دیگر دستاوردها در این مسیر است

News On Magnetometry

The Journal of  Nature Physics published paper entitled as “Microwave electrometry with Rydberg atoms in a vapour cell using bright atomic resonances”

Atom-based standards for length and time as well as other physical quantities such as magnetic fields show clear advantages by enabling stable and uniform measurements. Here we demonstrate a new method for measuring microwave (MW) electric fields based on quantum interference in a rubidium atom. Using a bright resonance prepared within an electromagnetically induced transparency window we could achieve a sensitivity of ∼30 µV cm-1 Hz-1=2 and demonstrate detection of MW electric fields as small as ∼8 µV cm-1 with a modest set-up. The sensitivity is limited, at present, by the stability of our lasers and can be significantly improved in the future. Our method can serve as a new atom-based traceable standard for MW electrometry, with its reproducibility, accuracy and stability promising advances towards levels comparable with those attained in magnetometry at present.

News On Biosensors

In this days, the journal of Nature Communications published a new paper entitled as “Tracking Brownian motion in three dimensions and characterization of individual nanoparticles using a fiber-based high-finesse microcavity”

The dynamics of nanosystems in solution contain a wealth of information with relevance for diverse fields ranging from materials science to biology and biomedical applications. When nanosystems are marked with fluorophores or strong scatterers, it is possible to track their position and reveal internal motion with high spatial and temporal resolution. However, markers can be toxic, expensive, or change the object’s intrinsic properties. Here, we simultaneously measure dispersive frequency shifts of three transverse modes of a highfinesse microcavity to obtain the three-dimensional path of unlabeled SiO2 nanospheres with 300 μs temporal and down to 8 nm spatial resolution. This allows us to quantitatively determine properties such as the polarizability, hydrodynamic radius, and effective refractive index. The fiber-based cavity is integrated in a direct-laser-written microfluidic device that enables the precise control of the fluid with ultra-small sample volumes. Our approach enables quantitative nanomaterial characterization and the analysis of biomolecular motion at high bandwidth.

Congratulations for Our new paper in Journal of Optical and quantum electronics

Plasmonic structures for phase-sensitive ellipsometry biosensing: a Review

Foozieh Sohrabi1, Sajede Saeidifard1 and Seyedeh Mehri Hamidi1*

Plasmonic biosensing endeavors to offer the ultrasensitivity below 10-7 RIU along with providing a label-free platform for the detection of biomarkers. Integrating the intensity (amplitude) sensing with phase property of light not only can increase the signal to noise ratio but also provides additional information of the phase changes compared to the conventional plasmonic technique. This information can be helpful for in-depth understanding of the biomolecular and cellular interactions of the sample. In this review, we aim to look into the recent works on plasmonic biosensing based on phase-sensitive ellipsometry technique and investigate the various structures that have been provided for this platform up to now. The structures based on thin films, colloids and disordered systems, nanoparticle/nanhole arrays, graphene and 3D structures have been reviewed. Undoubtedly, choosing a structural platform and optimizing its structural parameters can increase the biosensitivity as well as decreasing the limit of detection that plays a key role in biosensing. Due to the vast area of phase-sensitive plasmonics, we limit our focus to ellipsometry technique and its integration with plasmonics. We hope this review can open up new horizons towards the development and fabrication of highly sensitive plasmonic structures applicable in phase-sensitive biosensing.