【產(chǎn)通社，1月14日訊】北京大學(xué)（Peking University）官網(wǎng)消息，其物理學(xué)院、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室肖云峰研究員和龔旗煌院士等應(yīng)邀在國(guó)際著名期刊Advanced Materials雜志發(fā)表題為“Single Nanoparticle Detection Using Optical Microcavities”的綜述論文（DOI: 10.1002/adma.201604920）。光學(xué)微腔傳感是近十幾年發(fā)展出來(lái)的一種超高靈敏檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)極限可達(dá)到單分子水平。微腔傳感已經(jīng)在生化研究、環(huán)境檢測(cè)和國(guó)家安全等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，相關(guān)研究在國(guó)際學(xué)術(shù)界競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。

超高靈敏傳感檢測(cè)技術(shù)，尤其是檢測(cè)極限達(dá)到納米尺度單顆粒的傳感技術(shù)對(duì)基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用都具有十分重要的意義。例如，在生物化學(xué)領(lǐng)域，相對(duì)于團(tuán)聚物表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)，人們迫切需要了解單個(gè)分子的行為；而單個(gè)病毒或者分子的快速檢測(cè)技術(shù)對(duì)制訂合理的治療方案起著至關(guān)重要的作用；超高靈敏傳感技術(shù)也在環(huán)境監(jiān)測(cè)以及國(guó)家安全等方面發(fā)揮著不可或缺的作用。其中，基于光學(xué)方法的傳感技術(shù)具有非物理接觸、非破壞、抗電磁干擾和易于操作等優(yōu)勢(shì)，成為高靈敏傳感研究的熱門方向之一。光學(xué)傳感的核心物理機(jī)制是探測(cè)光與待檢測(cè)物之間的相互作用，相互作用越強(qiáng)，檢測(cè)靈敏度越高。最近幾年，由于高品質(zhì)因子光學(xué)微腔可以顯著增強(qiáng)光與物質(zhì)的相互作用，被認(rèn)為是納米尺度單顆粒檢測(cè)的最有潛力的體系之一。

這篇綜述首先回顧了光學(xué)微腔傳感的發(fā)展，主要圍繞回音壁模式微腔和光子晶體微腔，總結(jié)了光學(xué)微腔傳感的兩種傳感機(jī)制：色散性和耗散型傳感，并比較了通過(guò)透射譜和反射譜兩種測(cè)量方法所帶來(lái)的噪聲影響；接著介紹了在國(guó)際學(xué)術(shù)界微腔傳感的最新進(jìn)展中，如何通過(guò)壓制實(shí)驗(yàn)噪聲，制作增益腔，提高光譜分辨率，從而檢測(cè)到更小的納米尺度顆粒；以及如何通過(guò)微腔鎖模和振鈴現(xiàn)象提高測(cè)量的時(shí)間分辨率。在對(duì)光學(xué)微腔傳感的原理以及其在單個(gè)納米尺度顆粒檢測(cè)中的進(jìn)展作出系統(tǒng)總結(jié)后，文章對(duì)微腔傳感實(shí)用化過(guò)程中存在的挑戰(zhàn)，比如傳感的穩(wěn)定性和特異性，提出了可能的解決方案，并對(duì)微腔傳感未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

“極端光學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)”已在光學(xué)微腔傳感方面取得了一系列高水平的原創(chuàng)成果。例如，他們利用微腔增強(qiáng)的背向散射和微腔拉曼激光均實(shí)現(xiàn)了單個(gè)納米顆粒的檢測(cè)【PNAS 111（41）, 14657（2014）; Advanced Materials 25（39）, 5616 （2013）】，成果入選“2014年度中國(guó)高校十大科技進(jìn)展”；在利用超高品質(zhì)因子光學(xué)微腔增強(qiáng)傳感靈敏度的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出了一種基于耗散型相互作用的無(wú)標(biāo)記傳感技術(shù)，并成功實(shí)現(xiàn)了納米尺度單顆粒的實(shí)時(shí)檢測(cè)【Physical Review Applied 5, 02401 （2016）】上，并同期評(píng)述為“朝著實(shí)用化光學(xué)傳感邁進(jìn)了重要一步”。研究成果5次入選期刊封面，20余次被Phys.org、Nanowerk和Materials Views等著名國(guó)際新聞網(wǎng)站亮點(diǎn)報(bào)道。最近，團(tuán)隊(duì)成員肖云峰研究員應(yīng)邀在國(guó)際激光與光電子大會(huì)（CLEO）上組織微腔傳感的專題（Special symposium: Optical Microcavities for Ultrasensitive Detection）。CLEO大會(huì)是全球激光與光電子領(lǐng)域最頂級(jí)的大會(huì)之一，由美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)（OSA）、國(guó)際電子電氣工程學(xué)會(huì)（IEEE）和美國(guó)物理學(xué)會(huì)（APS）聯(lián)合舉辦，每年一次。除了正常的會(huì)議日程，每次僅組織5-6個(gè)特別專題。

研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、中國(guó)博士后科學(xué)基金、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心和極端光學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心等的支持。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)官方網(wǎng)站http://www.pku.edu.cn。    （完）