金属纳米结构的表面等离激元具有亚波长光场束缚的能力，可以用于实现纳米尺度上的光操控。在一维金属纳米波导结构中，表面等离激元沿着纳米波导传播时可以将光场限制在远小于光波长的横截面内，这一特性非常有利于光信息网络的高密度片上集成。近年来，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）徐红星研究组围绕基于等离激元的集成纳米光学芯片的原理开展了一系列原创性的研究工作，首次实现了基于金属纳米线等离激元的完备的全光逻辑器件，并证实了这种逻辑器件的可级联性，为未来片上光信息处理技术开拓了新的可能性（Nano Lett. 11, 471 (2011); Nature Communications 2, 387 (2011)）。
　  基于等离激元的纳米器件功能的优化和扩展有赖于对等离激元近场和传播的精细调控，最近，徐红星研究组的魏红副研究员等开展了相关的研究。他们发现金属纳米线等离激元的近场分布强烈依赖于纳米线周围的介电环境。通过增加银纳米线上覆盖的氧化铝介质层的厚度，纳米线上等离激元近场强度分布的周期增大，增加1纳米氧化铝可引起近场分布周期增大90纳米；通过增大纳米线周围环境的折射率，等离激元近场分布的周期也增大，环境的单位折射率变化可引起近场周期变化16微米。通过分析纳米线等离激元的不同模式的传播常数和色散关系随介电环境的变化，解释了等离激元近场分布的高度可调控的原因。利用该特性，在银纳米线波导网络中通过改变氧化铝介质层的厚度，实现了对不同输出端光信号的调控。该研究对于实现等离激元纳米波导网络中光信号的精细调控和相关器件功能具有重要意义，也可用于发展相应的高灵敏度的传感器。相关结果发表在PNAS 110, 4494-4499 (2013)。
　  上述工作得到了科技部、国家自然科学基金委和中科院知识创新工程的大力支持。

图1.（A）样品横截面示意图；（B）测量方式示意图；（C）不同氧化铝厚度的银纳米线的扫描电镜图；（D）直径相似而氧化铝厚度不同的银纳米线的等离激元近场分布图；（E）银纳米线上氧化铝厚度从上至下依次增加时的近场分布图；（F）银纳米线周围介质从上至下依次为空气、水和油时，等离激元的近场分布图。

图2. (A, B) 等离激元近场分布的周期(A) 和两个等离激元模式（H0和H2）的传播常数的实部(B)随纳米线半径的变化关系；(C, D)近场分布周期(C)和传播常数实部(D)随氧化铝厚度的变化关系。