Collaborative Research: Combining Infrared Spectroscopy and Mass Spectrometry on a Nanophotonic Platform for Chemical Sensing

合作研究:在纳米光子平台上结合红外光谱和质谱进行化学传感

基本信息

  • 批准号:
    1200406
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 23.57万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-04-01 至 2015-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The research objective of this award is to explore on-chip infrared spectroscopy and mass spectrometry for sensitive detection and identification of gas molecules. Both detection mechanisms will be studied using a photonic crystal device which serve simultaneously as a nanophotonic cavity and a nanomechanical resonator. Using this photonic crystal structure, the proposed research will study cavity-enhanced optomechanical resonance phenomena and infrared light-molecule interaction mechanisms in the nanoscale. In this program, new material systems, photonic device designs and fabrication technologies will also be investigated for the strategically important mid-infrared wave band.The chipscale, dual-mode sensor created in this program will have an immediate impact in the fields of nanophotonics, nanomechanics, and chem/bio sensing if successful. Synergistically combining nanomechanical and nanophotonic detection methods on a common device platform will overcome the specificity and sensitivity bottlenecks limiting on-chip sensing technologies: the dual-mode sensor measures molecular weight and characteristic infrared absorption fingerprints of analyte, thus enabling recognition and quantification of chemical species with high accuracy; cavity-enhanced interactions in the nanoscale also lead to improved limit of detection potentially down to a single-molecule level. In addition, innovations in mid-infrared materials and devices made through this program will fill the missing link in long-wave integrated optoelectronics critical to imaging, spectroscopy, and free-space communications. The participating undergraduate and graduate researchers will benefit from the cross-cutting collaboration between the two groups and summer exchanges with national laboratories to extend their technical experiences. The program will also expand K-12 initiatives at both participating universities through high school student mentoring and new optical science class module development.
该奖项的研究目标是探索片上红外光谱和质谱法,以敏感地检测和鉴定气体分子。将使用光子晶体装置研究两种检测机制,该光子晶体装置同时用作纳米腔腔和纳米力学谐振器。使用这种光子晶体结构,拟议的研究将研究纳米级的腔体增强的光力共振现象和红外光分子相互作用机制。在该程序中,还将针对具有战略意义的中红外波带进行新的材料系统,光子设备设计和制造技术。该程序中创建的芯片尺度,双模式传感器将立即影响纳米光子学,纳米力学,纳米力学和化学/Bio/Bio/bio/bio/bio nig Sensing。在公共设备平台上结合纳米力学和纳米机械检测方法的协同性将克服限制芯片感应技术的特异性和敏感性瓶颈:双模式传感器测量分子量的分子量和特征性的红外识别分析物,从而具有化学物质的识别和量子,从而具有高度准确的化学物质;纳米级中腔体增强的相互作用也导致检测的限制可能会降至单分子水平。此外,通过该程序制造的中红外材料和设备的创新将填充长波集成的光电学中缺失的链接,对于成像,光谱和自由空间通信至关重要。参与的本科生和研究生研究人员将受益于两组之间的跨裁判合作以及与国家实验室的夏季交流,以扩展其技术经验。该计划还将通过高中生指导和新的光学科学课程模块开发来扩展参与大学的K-12倡议。

项目成果

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