合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室單分子物理化學(xué)研究團(tuán)隊(duì)將掃描隧道顯微技術(shù)（STM）與光學(xué)檢測技術(shù)相結(jié)合，首次展示亞波長尺度下的納腔等離激元可以作為一種頻率可調(diào)的近場相干光源，有效控制分子的發(fā)光特性，實(shí)現(xiàn)新奇的電光效應(yīng)：電致熱熒光、能量上轉(zhuǎn)換發(fā)光和“彩色”頻譜調(diào)控。該成果可望對(duì)點(diǎn)光源制作、高分辨成像、以及基于等離激元電路的納米光電集成技術(shù)提供新的研制思路。這一研究成果發(fā)表在2010年1月出版的國際權(quán)威雜志《自然—光子學(xué)》（Nature Photonics）上，同時(shí)“自然中國”網(wǎng)站以“Photonics：Forbidden light”為題介紹了該項(xiàng)工作。審稿者一致認(rèn)為，該工作是納米光子學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)非常有意義的重要新進(jìn)展，將引起光子學(xué)領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。該工作獲得了科技部重大科學(xué)研究計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程方向性項(xiàng)目的資助。 

據(jù)該團(tuán)隊(duì)單分子光電子學(xué)研究小組董振超教授介紹，等離激元光子學(xué)（Plasmonics）是近年來研究十分活躍的一門新興光學(xué)分支，在生物傳感、波譜檢測、顯微成像、光源制作、亞波長光學(xué)、納米光電集成等技術(shù)中有迷人的應(yīng)用前景。最近幾年，隨著制作納米結(jié)構(gòu)的納米光刻技術(shù)日趨成熟，探索基于表面等離激元電路的納米光電集成技術(shù)成為研究熱點(diǎn)，其目的在于突破傳統(tǒng)電子器件與光子器件集成時(shí)尺寸上的不匹配限制，將微納電子學(xué)的高集成度與光子學(xué)的高容量二者的優(yōu)勢(shì)在納米尺度上加以融合。這其中除了利用等離激元波導(dǎo)作為光子互連元件外（無電子學(xué)RC延遲和光子學(xué)衍射極限的限制），如何在納米尺度上利用等離激元的有效調(diào)控，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換以及光學(xué)信息的產(chǎn)生、放大和檢測已成為急需解決的科學(xué)技術(shù)問題。 

研究小組針對(duì)納米光子學(xué)的這一嶄新課題進(jìn)行了探索，他們利用STM金屬探針與襯底之間的納米腔室作為熒光發(fā)射的共振腔，并巧妙地通過納腔等離激元共振模式的頻譜調(diào)控來實(shí)現(xiàn)分子共振發(fā)光通道的選擇性開啟。“這項(xiàng)工作的最重要之處”，如審稿者所言，“在于作者的發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了該領(lǐng)域以往的報(bào)道”。例如，他們發(fā)現(xiàn)的無馳豫熱熒光現(xiàn)象和發(fā)射光子能量比激發(fā)電子能量高的上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象，在傳統(tǒng)的分子發(fā)光光譜和常規(guī)共振腔中是觀察不到的，揭示了局域的納腔等離激元場可以作為一種近場相干光源，在光電耦合與轉(zhuǎn)化過程中起著至關(guān)重要的調(diào)控與放大作用，為納米光電集成提供了新的信息和思路。此外，這種納米尺度上的電泵光源，對(duì)于高分辨成像與譜學(xué)檢測、以及未來納米器件中的相干控制也是至關(guān)重要的。這些研究成果不僅拓廣了人們對(duì)納米光子學(xué)中能量轉(zhuǎn)移、光電轉(zhuǎn)化、光子操控的認(rèn)識(shí)，而且對(duì)于超快技術(shù)、等離激元激光器、以及等離激元器件的研發(fā)也具有意義。