Functionalized diamond optomechanical circuits for infrared spectroscopy and site-specific gas sensing applications

用于红外光谱和特定位置气体传感应用的功能化金刚石光机械电路

基本信息

项目摘要

Diamond offers outstanding material properties paired with reliable processing techniques. The large bandgap, mechanical stability, large Youngs modulus, high thermal conductivity and chemical inertness make diamond a particularly attractive material for joined optical and mechanical applications. By employing chemical vapor deposition waferscale substrates can be prepared for reproducible and standardized device manufacture with industrial relevance. Taking advantage of recent progress in realizing large-scale optical circuits and on-chip nanomechanical resonators thus allows for leveraging both degrees of freedom in a unified technology. In this project diamond nanoscale devices will be employed for combined optical spectroscopy and mechanical sensing in the gase phase at infrared wavelengths. Exploiting optomechanical principles in integrated nanophotonic circuits provides a flexible platform in which both optical and mechanical resonators are coupled to photonic bus waveguides for parallel readout and multiplexing on chip. By moving towards a diamond platform, this proposal aims in particular at stretching the spectral operation range of optomechanical systems into the mid- / long-infrared wavelength regime. In order to achieve target specific sensors the optomechanical resonators will be functionalized using parallel dip-pen nanolithography (DPN). Through the nanometer resolution provided by DPN individual resonators will be prepared for site-specific mass-sensing, in order to enable the simultaneous readout of multiple analytes in a single device. Thus both qualitative analysis through optical spectroscopy and quantitative analysis based on nanomechanical sensing will enable fault-tolerant characterization with high sensitivity. The project therefore will lead to the establishment of a new material platform for broadband optical operation of photonic integrated circuits; it will extend the operation spectral range of current optomechanical devices far into the infrared; and the project will allow for implementing prototype optomechanical nose sensor arrays with potential for real-world applications.
金刚石具有出色的材料特性,并具有可靠的加工技术。大的带隙、机械稳定性、大的杨氏模量、高的热导率和化学惰性使金刚石成为用于结合光学和机械应用的特别有吸引力的材料。通过采用化学气相沉积,可以制备晶圆级衬底用于具有工业相关性的可再现和标准化的器件制造。利用最近在实现大规模光路和片上纳米机械谐振器方面的进展,从而允许在统一技术中利用两个自由度。在这个项目中,金刚石纳米级器件将用于在红外波长的气相中组合光学光谱和机械传感。利用集成纳米光子电路中的光机械原理提供了一个灵活的平台,其中光学和机械谐振器都耦合到光子总线波导,用于芯片上的并行读出和复用。通过向金刚石平台移动,该提议特别旨在将光学机械系统的光谱操作范围扩展到中/长红外波长范围。为了实现目标特定的传感器的光机械谐振器将使用并行蘸笔纳米光刻(DPN)功能化。通过DPN提供的纳米分辨率,将为特定位置的质量检测准备单个谐振器,以便在单个设备中同时读取多种分析物。因此,通过光谱学的定性分析和基于纳米机械感测的定量分析都将实现具有高灵敏度的容错表征。因此,该项目将建立一个用于光子集成电路宽带光学操作的新材料平台;它将把当前光机设备的操作光谱范围扩展到远红外线;该项目将允许实现原型光机鼻子传感器阵列,具有现实世界应用的潜力。

项目成果

期刊论文数量(6)
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Coupling Chemistry for Surface Immobilization in Scanning Probe Lithography
扫描探针光刻中表面固定的偶联化学
  • DOI:
    10.5445/ir/1000097307
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    S. M. M. Dadfar
  • 通讯作者:
    S. M. M. Dadfar
Diamond on aluminum nitride as a platform for integrated photonic circuits
氮化铝上的金刚石作为集成光子电路的平台
  • DOI:
    10.1002/pssa.201600227
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    N. Gruhler;T. Yoshikawa;P. Rath;G. Lewes-Malandrakis;E. Schmidhammer;C. Nebel;W. H. P. Pernice
  • 通讯作者:
    W. H. P. Pernice
Evaluation of click chemistry microarrays for immunosensing of alpha-fetoprotein (AFP)
  • DOI:
    10.3762/bjnano.10.241
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Seyed Mohammad Mahdi Dadfar;S. Sekula-Neuner;V. Trouillet;Hui-yu Liu;Ravi Kumar;A. Powell;Michael Hirtz
  • 通讯作者:
    Seyed Mohammad Mahdi Dadfar;S. Sekula-Neuner;V. Trouillet;Hui-yu Liu;Ravi Kumar;A. Powell;Michael Hirtz
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