近期，固体所张俊喜副研究员与中国科学技术大学光学与光学工程系、英国Aston大学光子技术研究所(AIPT)、澳大利亚国立大学非线性物理中心等单位科研人员合作，在贵金属纳米结构表面等离激元研究取得系列进展。

实现光与物质之间强的相互作用在设计光子器件上有重要意义，构筑共振腔体是实现光与物质强相互作用的重要途径。传统介电共振腔体有高的品质因子、但模式体积大，要减小其物理尺寸到亚波长受到光衍射极限限制。相比之下，表面等离激元共振腔能突破光衍射极限，能在亚波长和纳米尺度上实现对光子的操纵，因而它将在光源、传感和表面增强光谱等方面有重要的应用前景。当前影响表面等离激元共振腔性能的瓶颈是损耗大，如何控制表面等离激元模式和耦合界面是突破这一瓶颈的关键。

张俊喜等在表面等离激元共振腔模式方面取得新的突破，在金纳米管阵列超材料腔体中发现了一种表面等离激元新的杂化模式。发展氧化铝模板电沉积技术控制制备金纳米管阵列超材料，通过控制纳米管长度实现对表面等离激元谐波模式数量和谐波阶(奇数和偶数阶)以及不同阶谐波模式峰位的调控。采用时域有限差分法(FDTD)模拟发现金纳米管管壁表面不同阶谐波模式光场呈驻波形式，由此可以作为表面等离激元共振腔。第一次在这种纳米管阵列中发现横向模式和纵向模式耦合产生的表面等离激元T-L杂化模式和异常光透射(EOT)耦合增强现象。这种新型的表面等离激元共振腔及其杂化模式有望用于设计高性能的纳米光子器件。该工作发表在Advanced Optical Materials 5 (4), 1600731 (2017)上。

同时基于银纳米棒阵列超材料设计了一种周期性耦合界面全开放形式的表面等离激元共振腔。发现纳米棒周期性界面显示强的表面等离激元腔模式，它是由纳米棒之间的表面等离激元近场耦合效应引起的。发现纳米棒阵列全开放腔体与金膜基底之间存在一种新的表面等离激元耦合模，随腔体与基底之间间隙增加，耦合模共振峰位发生蓝移、能量从腔体向基底发生转移。这种全开放形式的表面等离激元纳米共振腔便于转移到其它基底上，这为设计纳米光子器件及其应用提供原理和材料支持。该工作发表在Nanotechnology 27 (41), 415708 (2016)上。

张俊喜副研究员近年来一直从事贵金属纳米结构表面等离激元模式及耦合界面调控研究。发展氧化铝模板技术控制制备贵金属纳米结构阵列，实现对金属/电介质耦合界面表面等离激元模式及其振动频率的调控；在表面等离激元产生机理和耦合界面光场分布等方面开展了深入的研究(Journal of Physics D: Applied Physics, 45 (11), 113001 (2012))。由此，张俊喜受美国光学学会Advances in Optics and Photonics(IF:12.368)杂志主编邀请撰写关于纳米结构表面等离激元的综述论文；该文论述了表面等离激元的物理内涵，探讨了纳米结构表面等离激元的模式调控和界面耦合效应，评述了通过纳米结构界面控制实现表面等离激元的传输和导光、增强局域电场、聚焦和成像等奇特功能(Advances in Optics and Photonics, 4 (2), 157-321 (2012))。他还应邀参加2016年7月25-28日在西班牙马拉加举行的第七届超材料、光子晶体和表面等离激元国际学术会议(META'16, the 7th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics)，并以Oral形式报告部分成果。

基于表面等离激元的研究工作，张俊喜还于2014年获得一项欧盟第七框架计划(FP7)玛丽·居里国际合作项目(名称：Plasm-on-fibre，编号：FP7-PEOPLE-2013-IIF 623473, 913473)，当年全球资助率为9.5%，说明其研究工作得到欧盟同行的认可。该项目是中国科学院合肥物质科学研究院作为依托单位成功申请到的第一个欧盟框架计划玛丽·居里国际合作项目。该项目主要围绕表面等离激元共振腔和其模式，表面等离激元模式与光纤光栅模式耦合、耦合界面制备及其传感应用研究。项目共执行三年(2014-2017年)，经费24.6万欧元(按当时汇率折算约210万元)，分两个阶段：第一阶段(24个月)执行地点英国Aston大学，第二阶段执行地点中科院合肥物质科学研究院固体所，两个阶段执行人、项目申请人张俊喜作为玛丽居里学者主持该项目。

文章、会议和欧盟项目链接：

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201600731/full

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201770023/full

http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-4484/27/41/415708

http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3727/45/11/113001

https://www.osapublishing.org/aop/abstract.cfm?uri=aop-4-2-157&origin=search

http://metaconferences.org/ocs/index.php/META16/META16

http://ec.europa.eu/research/participants/portal/desktop/en/home.html

http://ec.europa.eu/research/participants/portal/doc/call/fp7/fp7-people-2013-iif/1592609-indicative_funding_decision_fp7-people-2013-iif_en.pdf

图1. 发表论文被选为卷首插画

图2. (a) 金纳米管阵列超材料SEM照片，(b) 金纳米管阵列超材料三阶谐波模式及光场分布，(c) 不同管壁厚度(17 nm，10 nm和5 nm)金纳米管阵列表面等离激元共振腔的反射光谱，(d) T-L杂化表面等离激元模式随管壁厚度的光场分布及异常光透射(EOT)耦合增强现象