基於超表面的先進傳感設備已經成為創新無標籤生物傳感器的革命性平台，有望用於早期診斷和低濃度分析物的檢測。在這裏，我們對一種基於連續域束縛態的超表面傳感器進行復現【Wang R, Song L, Ruan H, et al. Research, 2024, 7: 0483】，來解決與痕量生化檢測中複雜操作相關的挑戰。

仿真結構如圖1所示。為了演示超表面的頻譜響應和共振特性，使用CST仿真軟件的頻域求解器進行了數值計算。在x和y方向上設置Floquet週期條件，在z方向上取開邊界條件。激發太赫茲波的TE電場沿y方向模擬沿激發場方向傳播的偏振平面波。每個方向的網格尺寸都小於最小構造尺寸，以保證收斂結果的精度。具體設置如圖2-4所示。

圖1 仿真結構示意圖

圖2 仿真頻率區間設置

圖3 仿真邊界條件設置

圖4 求解器參數設置

通過不斷打破結構的對稱性，對稱保護的BIC線形會逐漸變為Fano線形，而較為低頻的本徵模式的頻率和線寬基本保持不變，因此通過改變參數g2可以實現從準BIC-BIC-準BIC過程的轉變，如圖5所示。

圖5 改變參數g2的仿真結構。A，論文原圖；B，復現圖。

進一步也對超表面表面電流分佈情況進行了仿真，具體結果如圖6所示。準BIC共振所對應的超表面相關的表面電荷主要積聚在諧振器的邊緣以及較寬的間隙區域，形成了一個電偶極子和磁偶極子的耦合效應，因此在準BIC情況下，會產生Fano線形的新諧振峯。同時，這表明電磁能量集中在諧振器的邊緣，意味着與痕量分析物相互作用的可能性更高。

圖6 仿真準BIC時表面電流分佈情況。左圖為論文結果，右圖為復現結果。

最後，為了研究所提出的超表面的光學傳感性能，採用具有一定厚度的分析物進行模擬。為了涵蓋太赫茲傳感研究中使用的生物醫學材料，我們調節分析物的介電常數對光譜進行分析，如圖7所示，來比較準BIC模式和本徵模式的傳感性能。折射率生物傳感器的靈敏度S定義為Δf/Δn，其中Δf是將分析物置於超表面上時的共振頻率偏移，Δn 表示模擬分析物的折射率。準BIC模式的電磁能量集中在諧振器的邊緣，而本徵模式的電磁能量位於諧振器中間的連接處（圖6）。從圖中可以計算得出，本徵峯的靈敏度317 GHz/RIU，準BIC峯的靈敏度為523 GHz/RIU，這進一步説明了準BIC共振相對於本徵共振具有更出色的傳感能力。

圖7 本徵峯與準BIC峯的仿真模擬結果

太赫茲超表面生物傳感技術因其獨特的優勢使其在下一代高靈敏、快速、無損生物分子檢測技術中佔據核心地位，正處於一個充滿活力的快速發展期。未來，隨着跨學科合作的深入和技術壁壘的不斷突破，該技術不僅將深刻變革生物醫學檢測的面貌，更將在精準醫療、生命科學研究和公共健康安全等領域發揮不可替代的關鍵作用，開啓生物分子檢測的新時代。