近日我校庄松林院士、顾敏院士领导的未来光学实验室在光力操纵研究领域取得重大突破。谷付星老师带领的课题组（https://iome.usst.edu.cn/）首次从理论到实验实现了在非液体环境中，使用等离激元驱动技术对金属纳米线进行精密操控。研究成果以“Plasmon-driven nanowire actuators for on-chip manipulation”（等离激元驱动的纳米线致动器用于片上操作）为题于发表在《自然》（Nature）子刊Nature Communications上。
图1. 等离激元驱动的金纳米线在二氧化硅微纳光纤运动示意图。展示了分别由波长为532 nm和1064 nm的脉冲激光驱动金 纳米线在悬空微纳光纤上的运动。其中只有1064 nm的脉冲激光才能有效地激发金纳米线中的表面等离激元，从而增强吸收光的热效应，并诱导产生表面声波驱动金纳米线沿二氧化硅微纳光纤运动。
金属纳米线是下一代光子集成系统中非常有前景的基本组成元件，但是由于在非液体环境中纳米线与基底的粘附力很强（大小通常在微牛量级），该值远大于光镊的光动量产生的力（大小通常在皮牛量级）。缺乏可控和精准的操控方法将严重阻碍金属纳米线在光子集成器件中的技术应用。谷付星老师带领的课题组在金属纳米线与微纳光纤光子集成器件中，证明了在非液体环境下，表面等离激元驱动的金属纳米线可以通过类似蚯蚓蠕动的运动机制来消除这种障碍。微纳光纤倏逝波所激发出的表面等离激元极大地增强了金属纳米线中的热效应，从而产生表面声波来驱动金属纳米线沿着二氧化硅微纳光纤爬行。实验发现，使用1064 nm 纳秒激光单脉冲驱动的金纳米线下，获得了的低至0.56 nm的定位分辨率，该值与商用超精细压电驱动器的分辨率相当。纳米线的移动速度为6.5 μm s−1 mW−1，比使用光镊和近场倏逝力操纵微纳粒子在液体环境中的传输速度大两个数量级，表面等离驱动方法有更高的能量利用效率。研究人员还进一步演示了片上操作，包括运输，定位，定向和分类，具有原位操作，高选择性和多功能性。该等离激元驱动方式具有普适性，也可以推广到其他金属材料及其他形状的微纳波导中。该论文的发表对在单个芯片上实现多功能化光学组件的集成有重要的推动作用。
该论文以上海理工大学为第一单位，博士生令狐双艺和博士生顾兆麒为共同第一作者，谷付星老师为通讯作者。论文作者还包括浙江大学方伟副教授，剑桥大学杨宗银博士，华南理工大学虞华康教授和李志远教授，及上海理工大学的詹其文教授、庄松林院士和顾敏院士等人。其中博士生顾兆麒已于2019年以共同第一作者身份在Science子刊Science Advances上发表过论文。该论文的发表是光电学院围绕学校高水平大学建设目标，奋力改革、勇于创新的结果，也体现我校在研究生培养教育方面高水平的成果产出。
图2.论文共同第一作者博士生令狐双艺（右一）和博士生顾兆麒（右二）。
论文链接地址：https://www.nature.com/articles/s41467-020-20683-2