在表面等离激元学中取得系列进展

表面等离激元光子学(Plasmonics)在现代光电器件的发展中起到日益增强的重要应用，可望用于提高电子器件的运算速度及克服光子器件的尺寸瓶颈。表面等离激元（Surface Plasmons）是由材料体系费米面附近电子跃迁所形成的特殊电磁场行为，表现为金属、介质界面电子的集体振荡，具有电磁场增强效应、热吸收效应等，可应用于传统纳米尺度光电子器件，并有效增强其光电特性。

太阳成集团tyc234cc朱星-方哲宇课题组，依托人工微结构和介观物理国家重点实验室，从2006年起，系统研究了表面等离激元在金属纳米结构中的聚焦增强（ACS Nano 2010,4,75）、相位调制（Nano Lett 2011,11,893）、法诺共振（Nano Lett 2011,11,4475）等基本特性，并利用纳米光学天线和经典传输线理论，实现了表面等离激元增强波导（Nano Lett. 2011,11,1676），并为未来纳米光学回路的构建奠定了实验和理论基础。以上工作分别被Nature出版集团的NPG Asia Mater.,德国Nanowerk，国内科学网等学术、新闻媒体进行了特色推荐及报导。

最近方哲宇百人计划研究员和朱星教授应国际著名期刊《先进材料》邀请，发表了有关表面等离激元光子学研究进展的综述文章（Plasmonics in Nanostructures, doi:10.1002/adma.201301203)，对课题组和国际表面等离激元光子学的最新进展进行了回顾和评述。

2012年初，该课题组和美国、西班牙等研究学者合作，共同研究了石墨烯表面等离激元学( Graphene Plasmonics)，是该学术领域最早的研究者之一，研究内容包括利用金属纳米天线实现石墨烯增强光电探测（Nano Lett. 2012, 12, 3808; Nature Comm. 2013, 4, 1643），及利用表面等离激元在衰减过程中产生的“热电子”实现对石墨烯的有效电掺杂过程（ACS Nano 2012, 6, 10222）。更为重要的是课题组还发现石墨烯作为一种半金属，其本身的载流子浓度也能激发局域表面等离激元共振，并可以通过外加门电压实现调控（ACS Nano 2013,7,2388 期刊封面），上述工作被Science、Nature Physics等学术期刊做重点评述，评论学者认为课题组开创了“Graphene Plasmonics”这个新的研究领域，相关工作同时也被美国C&E News、德国Nanowerk，国内科学网等新闻媒体进行报导，一年内引用及评论已近百次。

表面等离激元除了有散射增强效应之外，还有很重要的热吸收效应，在生物传感、药物输送、癌细胞杀灭、细菌消毒、废水蒸馏等方面已有很多的应用。近期，课题组首次结合利用暗场显微术和拉曼显微术，研究了直径为100nm的单个金属球的表面温度，以及在水环境中产生纳米气泡并最终形成蒸汽的过程（Nano Lett. 2013, 13, 1736），该研究对表面等离激元高温杀毒有直接的指导意义，为未来该研究方向确定了基本实验参数和标准。该工作发表后即被IOP出版集团的Nanotechweb网站做重点评述和推荐。

这些研究工作得到了人工微结构和介观物理国家重点实验室、国家重大科学研究计划和国家自然科学基金的资助。