我院广东省量子调控工程与材料重点实验室、广东省高等学校物质结构与相互作用基础研究卓越中心徐小志教授课题组在铜-石墨烯符合材料的等离激元微纳结构研究方面取得新进展。他们创新的设计了一种“圆环套齿轮”形状的石墨烯-铜纳米结构，通过旋转偏振光实现了电子热点的定向跟随驱动。相关成果以“偏振光调控铜纳米结构的等离激元效应的电子热点旋转的研究”（英文题目Gear-like Rotation of Plasmonic Hotspots in Copper Nanostructure）为题，于2026年4月8日在线发表于《光学学报》（英文名称ACTA OPTICA SINICA，ESCI收录，中科院二区）杂志上。

表面等离激元效应近年来在传感与光电器件中广受关注。这类结构多采用金、银等贵金属，成本较高，而铜虽廉价却易氧化失活，限制了实际应用。研究团队此次以铜为主体材料，在二氧化硅衬底上构建了一种中心对称的齿轮与外围圆环嵌套的复合结构。当线偏振光入射时，尖端效应促使电子在齿轮棱角处汇聚成“热点”；随着入射光偏振方向转动，内部热点会跟随同步旋转，并通过近场耦合在外环表面诱导出镜像电荷分布，驱动次级热点跟随运动，整个过程类似于齿轮传动。

该结构可同时激发表面等离极化激元、异常光学透射以及局域表面等离激元三种共振模式，其中局域模式因强烈的尖端场增强而表现出对周围介质折射率的高敏感性，灵敏度达到525.3 nm/RIU。为解决铜易氧化的问题，团队进一步引入石墨烯或六方氮化硼作为原子级封装层。仿真结果表明，保护层几乎不改变原有的共振响应，传感性能波动不足3%，却显著提升了结构在空气中的长期稳定性。这项工作不仅揭示了偏振光场下多单元纳米结构中电子聚集的动态调控规律，也为摆脱贵金属依赖、开发低成本高可靠的等离激元传感器件提供了可行路径。

我院本科生田嘉怡（2022级）为论文一作，周旭副研究员为通讯作者，徐小志教授为共同作者，华南师范大学为第一完成单位。周旭副研究员是我校2020年引进的校青年拔尖人才，主要从事二维材料的光谱物理与器件，以及二维材料光纤及其器件研究，近年来以通讯/共同通讯作者和第一作/共一作者在Nature Photonics、Nature Communications、Advanced Materials等国际顶级期刊发表论文20余篇。该研究得到国家级大创项目（202410574007）、广州市科技计划项目（2025A04J5461）等基金的支持。

图1 局域表面等离激元共振在偏振旋转下的时域演化图。(a) t0时刻，入射光偏振角度为0°时的电场强度分布图；(b) t1时刻，45°；(c) t2时刻，90°；(d) t3时刻，135°；(e) t4时刻，180°，与(a)中0°等价。

n  论文链接：https://www.opticsjournal.net/Articles/g260565/EarlyPosting

n  田嘉怡, 徐小志, 周旭*. 偏振光调控铜纳米结构的等离激元效应的电子热点旋转的研究[J]. 光学学报, 2026, 46(23): 01.