A detecção de temperatura óptica não invasiva é essencial para o monitoramento remoto dos processos de fabricação, em situações em que a amostra precisa ser isolada do ambiente, em temperaturas extremas ou que mudam rapidamente, e na presença de campos magnéticos fortes e variáveis. Sensores ópticos de temperatura medem mudanças de frequência de ressonâncias ópticas e geralmente requerem longos caminhos ópticos para compensar coeficientes termo-ópticos muito pequenos de materiais.

Contudo, uma fase de luz é uma variável cíclica, que é indefinido no ponto de interferência destrutiva completa, e varia rapidamente na vizinhança deste ponto. Por exemplo, uma mudança de fase da onda plana refletida de uma interface plana exibe um comportamento singular em frequências onde a refletância da superfície desaparece. Recursos espectrais assimétricos estreitos na resposta de fase do sensor perto de tais pontos singulares são muito sensíveis a quaisquer mudanças ambientais e podem ser usados ​​para melhorar a sensibilidade de sensores remotos com transdução óptica.

As metassuperfícies plasmônicas podem ser projetadas para atingir a condição de fase singular, no entanto, isso normalmente requer um projeto eletromagnético complexo e técnicas de fabricação de baixo rendimento, como litografia por feixe de elétrons. Em um novo trabalho, uma equipe internacional liderada por uma pesquisadora do MIT, Dra. Svetlana Boriskina, desenvolveu uma plataforma simples e robusta planar de detecção de fase singular para detecção remota de temperatura, que não requer nano-padronização e exibe comportamento de fase singular devido à excitação de estados de superfície de Tamm topologicamente protegidos.

Os pesquisadores projetaram estados de Tamm em interfaces de material planar entre metal e filmes finos dielétricos usando o princípio de correspondência de contorno adotado da física de materiais topológicos e a abordagem de combinação de impedância conjugada emprestada da teoria da antena. Eles demonstraram detecção de temperatura de fase singular com uma melhoria de mais de uma ordem de magnitude na sensibilidade do sensor e mais de duas ordens de melhoria de magnitude na figura de mérito sobre a abordagem padrão de medição de deslocamentos de recursos ressonantes nos espectros de refletância do mesmo sensor.

Estruturas planas que suportam estados interfaciais de Tamm podem ser fabricadas usando uma variedade de materiais, incluindo aqueles compatíveis com tecnologias de semicondutor de óxido de metal complementar padrão (CMOS). Os comprimentos de onda ressonantes dos sensores Tamm são altamente ajustáveis, e não dependem diretamente da frequência de plasma do material absorvedor. Os sensores são passíveis de fabricação rápida e em grande escala por técnicas de deposição de vapor ou pulverização catódica.

Ao contrário dos sensores plasmônicos nano-padronizados, detectores planares Tamm podem ser usados ​​em condições ambientais adversas, incluindo atmosfera corrosiva e altas temperaturas, que pode causar degradação severa da textura da superfície nanoestruturada. Embora os absorvedores Tamm desenvolvidos tenham sido caracterizados apenas como sensores de temperatura, eles oferecem um simples, plataforma sensível e ajustável para uma ampla variedade de aplicações de detecção, incluindo monitoramento de eventos de ligação bio / química de superfície e detecção ambiental.

Os resultados deste trabalho são relatados no ACS Photonics artigo "Engenharia topológica de estados ópticos interfaciais de Tamm para detecção óptica de fase quase singular altamente sensível."