主要學術成就包括： 1. 金屬納米間隙結構的電磁場增強和表面增強光譜 電磁場增強效應是等離激元最基本的特性之壹，是表面增強光譜增強的最主要原因。候選人及其合作者發現了金屬納米間隙結構的極強電磁場增強效應，並系統地研究了其產生機理和特性。
（a）發現了金屬納米顆粒間的納米間隙能產生強烈的等離激元***振，具有巨大的電磁場增強效應，是產生單分子靈敏度的表面增強拉曼光譜的原因；在理論上系統地研究了單分子表面增強拉曼光譜的原理及產生條件，解釋了表面增強拉曼光譜的主要機理，即等離激元***振耦合可使納米間隙內的光強產生近百萬倍的增強，同時金屬納米結構作為納米天線可使拉曼散射的發射增強產生類似的近百萬倍的增強，因而單個分子總的拉曼增強可以達到1011以上，從而達到可探測的水平。這壹發現是單分子表面增強光譜和其它增強非線性效應的基礎，也是最近發展起來的等離激元光學力、增強的光與物質相互作用、納米光學天線和量子等離激元光子學等新研究方向的基礎，引領了這些新興領域的發展；美國物理學會2010年三月會議的壹個主題分會(Z2：Plasmonic nanogaps)對由此發展起來的各種研究內容進行了專題研討。論文發表在PRL 83 4357 (1999)和PRE 62 4318 (2000)，已分別被SCI雜誌引用1211次和885次，是單分子表面增強拉曼光譜和等離激元光子學領域的經典文獻，其中PRL論文是1999年發表的所有PRL中引用最高的十篇文獻之壹，PRE論文是2000年 發表的所有PRE中引用最高的文獻。
（b）發現了金屬納米顆粒間隙中的單分子拉曼散射的偏振方向受金屬納米結構的構型調制，金屬納米結構作為納米天線可以旋轉單個量子發光體發射光的偏振方向，從而實現納米光源的偏振調節。結合對金屬納米間隙結構的表面增強拉曼光譜和激光偏振方向的關系的系統研究在實驗上明確證實了通過金屬納米結構等離激元***振耦合產生的電磁增強是表面增強拉曼光譜的主要原因，澄清了表面增強拉曼光譜增強機制（電磁增強和化學增強）的長期爭議。論文發表在Nano Letters 8, 2497 (2008)，PNAS 105, 16448 (2008)和ACS Nano 3, 637 (2009)，分別被SCI引用141次，105次和58次。
（c）利用銀納米線中傳播的等離激元以及納米線與納米顆粒間等離激元***振耦合產生的巨大增強電場，在單分子水平上實現了表面增強拉曼散射的遠程激發,這種激發方式為納米尺度的光譜激發和探測提供了新方法和新思路。研究結果發表在Nano Letters 9, 2049 (2009)，被SCI引用100次。
（d）成功自主研發了高真空針尖增強拉曼光譜系統，極大地提高了表面增強拉曼光譜的空間分辨率，觀察到了有機小分子紅外活性模式的拉曼增強，並發現了表面等離激元退激發而產生的熱電子誘導的有機分子化學反應，把等離激元光子學拓展到化學反應領域。論文發表在Scientific Reports 2, 647 (2012)和Phys. Rev. E 87, 020401(R) (2013)，分別被SCI引用45次和20次。該實驗儀器在針尖增強拉曼光譜、等離激元催化化學反應、高真空弱光信號的原位提取等方面有重要作用。該儀器設計已經獲得國家知識產權局的發明專利授權（專利號：ZL 2010 1 0228026.3）。
2. 等離激元在金屬納米波導及其網絡中的傳播特性和功能器件 等離激元的另壹個重要特性是對光的強束縛，可以突破光的衍射極限，實現在納米尺度上對光的操控，這壹特點可用於光學器件的小型化和高密度集成。近五年候選人和他的研究組對金屬納米線波導特性開展了深入和系統的研究，做出了壹系列原創性的工作，包括：首次利用金屬納米線等離激元波導構建納米全光網絡；首次實現基於等離激元的納米光學路由器、完備邏輯門和半加器，並首次驗證了等離激元邏輯功能的可擴展性等。這些工作被國際光學工程學會SPIE Newsroom邀請撰寫專題報道，並且候選人因此獲邀作國際會議邀請報告20余次（包括三次Keynote主旨報告）。
（a）壹維金屬納米線波導中等離激元的傳播特性 全面系統地研究了銀納米線波導中等離激元的激發、傳播和發射特性，並揭示其主要機理，主要成果包括：發現傳播的等離激元具有定向發射特性；通過對納米線波導結構參數和激發方式的改變，實現了等離激元的手性傳播以及發射光偏振特性的調控；發現等離激元的近場分布和傳播模式強烈依賴於納米線周圍的介電環境，通過對介電環境的控制實現了對等離激元傳播的調控；發現傳播的等離激元和半導體量子點的激子可以相互激發和轉化；實現了對金屬納米線上兩個量子點產生的表面等離激元的分辨等。近五年候選人作為通訊作者發表相關SCI論文16篇，包括1篇PRL、1篇PNAS、5篇Nano Letters等，***被SCI引用428次，是研究納米光芯片的重要基礎性工作。
（b）金屬納米線波導網絡及其單元功能器件 片上可集成的光信號處理技術可能是未來很有潛力的新型信息技術。候選人和他的研究組在世界上首先研制出系列完備的納米全光邏輯器件、半加器和路由器，為進壹步發展納米光芯片奠定了基礎。在納米線網絡結構中，通過控制結構參數、輸入光的偏振和相位，調控等離激元在波導中的模式及其幹涉特性，控制等離激元的近場強度和傳播方向，從而控制輸出端的光強。基於此實現了納米尺度的光子路由器、不同波長光信號分離器和基本邏輯運算（與、或、非等）。另外，四終端的網絡結構可以作為半加器實現兩個二進制數的加法運算。相關結果發表在Nano Letters 10, 1950 (2010)和Nano Letters 11, 471 （2011），分別被SCI引用96次和68次。
（c）等離激元功能器件的集成 利用金屬納米波導網絡中等離激元的幹涉效應，通過單元器件或門和非門的級聯實現了或非運算。利用量子點成像手段，揭示了該器件的工作機制，即非門控制端網絡結點處的等離激元電場分布須調控成極大值，從而可以跟來自或門的等離激元信號實現很好的幹涉，將或運算的結果反轉，來實現或非運算。該工作首次證實了等離激元邏輯的可擴展性，為未來片上集成光信息處理技術提供新的可能性。研究結果發表在Nature Communications 2, 387 (2011)，被SCI引用72次。