Icke-invasiv optisk temperaturavkänning är avgörande för fjärrövervakning av tillverkningsprocesser, i situationer där provet måste isoleras från miljön, vid extrema eller snabbt föränderliga temperaturer, och i närvaro av starka och varierande magnetfält. Optiska temperaturgivare mäter frekvensförskjutningar av optiska resonanser och kräver ofta långa optiska vägar för att kompensera för mycket små termo-optiska koefficienter för material.

Dock, en ljusfas är en cyklisk variabel, som är odefinierad vid fullständig destruktiv störning, och varierar snabbt i närheten av denna punkt. Till exempel, en fasförskjutning av planvågan som reflekteras från ett plant gränssnitt uppvisar singulärt beteende vid frekvenser där ytreflektansen försvinner. Smala asymmetriska spektralegenskaper i sensorfasresponsen nära sådana singulära punkter är mycket känsliga för eventuella miljöförändringar och kan användas för att förbättra känsligheten hos fjärrsensorer med optisk transduktion.

Plasmoniska metasytor kan utformas för att uppnå enfas-tillståndet, men detta kräver vanligtvis komplex elektromagnetisk design och tillverkningstekniker med låg genomströmning, såsom elektronstrålelitografi. I ett nytt verk, ett internationellt team som leds av en MIT-forskare Dr Svetlana Boriskina utvecklade en enkel och robust plan singelfasavkänningsplattform för fjärrtemperaturdetektering, som inte kräver nanomönster och uppvisar singelfasbeteende på grund av excitation av topologiskt skyddade Tamm-yttillstånd.

Forskarna konstruerade Tamm-stater om plana materialgränssnitt mellan metall och dielektriska tunna filmer genom att använda gräns-bulk-korrespondensprincipen som antagits från topologiska materialens fysik och konjugatimpedansmatchningsmetoden som lånats från antennteorin. De demonstrerade enfas-temperaturdetektering med en förbättring över storleksordningen i sensorkänslighet och över två storleksordningsförbättringar i förtjänstsiffran över standardmetoden för att mäta skift av resonansegenskaper i reflektansspektra för samma sensor.

Plana strukturer som stöder Tamms gränsytor kan tillverkas med olika material, inklusive de som är kompatibla med standardkompletterande metalloxidhalvledarteknik (CMOS). Resonanta våglängder för Tamm -sensorer är mycket avstämbara, och är inte direkt beroende av plasmafrekvensen för absorberingsmaterialet. Sensorerna är mottagliga för snabb och storskalig tillverkning genom antingen förstoftning av ångdeponeringstekniker.

Till skillnad från nanomönstrade plasmoniska sensorer, plana tammdetektorer kan användas under tuffa miljöförhållanden, inklusive frätande atmosfär och höga temperaturer, vilket kan orsaka allvarlig nedbrytning av nanostrukturerad ytstruktur. Även om de utvecklade Tamm -absorberna endast karakteriserades som temperatursensorer, de erbjuder en enkel, känslig och avstämbar plattform för en mängd olika avkänningstillämpningar inklusive övervakning av bio/kemiska bindningshändelser på ytan och miljöavkänning.

Resultaten av detta arbete redovisas i ACS Photonics papper "Topologisk konstruktion av gränssnittsoptiska Tamm-tillstånd för mycket känslig optisk detektion nära enfas."