当前研究领域
基于二维材料的手性光学信号的产生、增强和调控。侧重于可见光波段的研究。
以往研究领域
2020年之前的研究领域包括（一）等离激元纳米结构的手性光学性质和光热效应；（二）金属纳米结构表面热电子生成效应及其在光催化领域的应用；（三）石墨烯等离激元特性和其它线性光学性质；（四）金属纳米颗粒、微纳结构的等离激元光学性质以及金属超颖材料、超表面的光学响应。
（一）等离激元纳米结构的手性光学性质和光热效应
在等离激元手性光学领域的学术贡献包括两个方面。
一方面，提出了光热圆二色性光谱技术理论。论证了手性超表面的手性光学吸收可在纳秒时间范围内转化为手性依赖强烈的温度分布。针对化学分子手性光学吸收非对称性弱的问题，具体提出了应用于手性光化学和手性辐射测量计的超表面设计理论方案，为对偏振依赖敏感的光化学和手性辐射测量提供了基础理论。
另一方面，通过设计石墨烯纳米组件手性超表面，将等离激元圆二色性光谱技术引入到中红外波段。根据中红外掺杂石墨烯纳米结构的等离激元共振效应，给出了设计手性石墨烯纳米组件的一般性规则，详细阐述了等离激元耦合和结构手性对中红外圆二色性光谱的影响。这个工作为增强一些重要的生物分子（如DNA分子、多肽分子等）的振动光活性提供了研究基础；同时其圆二色性谱线峰位处于人体热辐射峰位附近，为设计相应的热成像光学器件提供了可能性。
这个领域代表作包括：
Kong, X.-T.; Khorashad, L. K.; Wang, Z.; Govorov, A. O. Photothermal Circular Dichroism Induced by Plasmon Resonances in Chiral Metamaterial Absorbers and Bolometers. Nano Lett. 2018, 18, 2001–2008.
Kong, X.-T.; Zhao, R.; Wang, Z.; Govorov, A. O. Mid-Infrared Plasmonic Circular Dichroism Generated by Graphene Nanodisk Assemblies. Nano Lett. 2017, 17, 5099–5105.
Kong, X.-T.; Besteiro, L. V.; Wang, Z.; Govorov, A. O. Plasmonic Chirality and Circular Dichroism in Bioassembled and Nonbiological Systems: Theoretical Background and Recent Progress. Adv. Mater. 2020, 32, 1801790.
（二）金属纳米结构表面热电子生成效应及其在光催化领域的应用
针对等离激元热电子生成及其在光催化领域的应用，我们提出并发展了复杂结构金属纳米晶体表面热电子生成和注入的理论和一般性计算方法。 具体研究了日光照射下多“热”点纳米晶体表面热电子生成率和金属二氧化钛界面的热电子由金属表面隧穿到二氧化钛的注入率。阐述了金属热电子生成率和注入率对其材料、形状、尺寸的依赖关系。指出了银纳米晶体和小尺度金属纳米晶体在光催化领域的优势。我们在与Temple University的Hai-Lung Dai教授和美国陆军作战能力发展司令部化学生物中心的Brendan G. DeLacy博士合作过程中，将该理论应用于解释附着有银纳米盘的二氧化钛纤维对化学战模拟剂甲基对氧的增强催化分解效应 [J. Phys. Chem. C 2019, 123, 19579-19587]；在与西弗吉尼亚大学Nianqiang Wu教授合作中，通过该理论共同阐述了半导体二氧化钛中经由金纳米晶体注入的热电子的非热平衡分布 [ACS Nano 2018, 12, 7117-7126]； 在与美国阿贡国家实验室纳米材料中心Gary P. Wiederrecht博士合作中，将该理论应用于支持近红外狭缝等离激元的金属超表面结构中，解释了其超宽带热电子生成增强效应 [Nat. Commun. 2017, 8, 986]；在与西班牙维哥大学（Universidade de Vigo）的Miguel A. Correa-Duarte教授合作中，应用该理论解释了各向异性等离激元纳米晶体在二氧化钛光催化反应中的增强催化作用 [J. Phys. Chem. C 2016, 120, 11690-11699] 以及提供了通过控制热点空间分布以实时调控光催化效率的理论机制 [ChemCatChem 2018, 10, 1867-3880]。
这个领域代表作包括：
Kong, X.-T.; Wang, Z.; Govorov, A. O. Plasmonic Nanostars with Hot Spots for Efficient Generation of Hot Electrons Under Solar Illumination. Adv. Opt. Mater. 2017, 5 (15), 1600594.
Besteiro, L. V.; Kong, X.-T.; Wang, Z.; Hartland, G.; Govorov, A. O. Understanding Hot-Electron Generation and Plasmon Relaxation in Metal Nanocrystals: Quantum and Classical Mechanisms. ACS Photonics 2017, 4 (11), 2759–2781.
（三）石墨烯等离激元特性和其它线性光学性质
在石墨烯光学研究领域，我们研究了石墨烯等离激元在非平整介面的传播特性，论证了通过设计非极性介质凹槽基底以减小石墨烯等离激元传播损耗同时避免等离激元和基底声子耦合的可行性 [Opt. Lett. 2015, 40, 1-4]；分析了偏压下非均匀费米面分布对石墨烯纳米结构等离激元特性的影响 [Opt. Lett. 2014, 39, 1345-1348]；设计了石墨烯菲涅尔片透镜，并论证了可见光波段石墨烯菲涅尔片的聚光能力 [ACS Photonics 2015, 2, 200-207]。这些工作是在可见光和中红外波段应用石墨烯材料于光学探测、超薄超轻器件的基础性研究工作，为相应的应用研究创造了基础。尤其，我们设计出的石墨烯透镜为二维材料组成，是世界上最薄的透镜，因此被学术媒体广泛报导，例如Chemical and Engineering News 2015, 93(6), 25。
这个领域代表作包括：
Kong, X.-T.; Bai, B.; Dai, Q. Graphene Plasmon Propagation on Corrugated Silicon Substrates. Opt. Lett. 2015, 40 (1), 1–4.
Kong, X.-T.; Yang, X.; Li, Z.; Dai, Q.; Qiu, X. Plasmonic Extinction of Gated Graphene Nanoribbon Array Analyzed by a Scaled Uniform Fermi Level. Opt. Lett. 2014, 39 (6), 1345–1348.
Kong, X.-T.; Khan, A. A.; Kidambi, P. R.; Deng, S.; Yetisen, A. K.; Dlubak, B.; Hiralal, P.; Montelongo, Y.; Bowen, J.; Xavier, S.; Jiang, K.; Amaratunga, G. A. J.; Hofmann, S.; Wilkinson, T. D.; Dai, Q.; Butt, H. Graphene-Based Ultrathin Flat Lenses. ACS Photonics 2015, 2 (2), 200–207.
（四）金属纳米颗粒、微纳结构的等离激元光学性质以及金属超颖材料、超表面的光学响应
我们根据变换光学理论，在对金属等离激元波导进行全面的模式分析基础上 [Opt. Express 2012, 20, 12133]，提出了金属等离激元波导中模式转换器的设计理论 [Opt. Express 2013, 21, 9437-9446]；分析复杂金属纳米结构的等离激元共振特性（如铜纳米杯在近红外波段的光学吸收特性 [ACS Photonics 2017, 4 (11), 2881]、双层金属'纳米指甲'在可见光的透射性质 [Nanoscale 2020, 12, 3827]）；利用等离激元耦合效应实现局域化温度控制 [ACS Nano 2019, 13(8), 9655]；研究等离激元纳米颗粒在中红外光谱学 [Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2020, 117, 2288 ，Phys. Rev. B 2020, 101, 085409] 和隔离红外辐射 [Nano Lett. 2018, 18, 3147] 等领域的应用。
这个领域代表作包括：
Kong, X.-T.; Yan, W.-G.; Li, Z.-B.; Tian, J.-G. Optical Properties of Metal-Multi-Insulator-Metal Plasmonic Waveguides. Opt. Express 2012, 20, 12133.
Kong, X.-T.; Li, Z.-B.; Tian, J.-G. Mode Converter in Metal-Insulator-Metal Plasmonic Waveguide Designed by Transformation Optics. Opt. Express 2013, 21 (8), 9437.
（五）其它研究领域
我们的研究工作还涉及到近红外胶体量子点荧光性质 [Adv. Sci. 2018, 5, 1800656；Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1701432]、氧化锌-氨基酸共结晶体中的量子局域效应 [J. Phys. Chem. C 2018, 122, 6348]、硅纳米结构周期阵列的光学性质 [Appl. Phys. Lett. 2014, 105, 053108] 以及应用于光学传感的石墨烯线性光学性质研究 [Sci. Rep. 2012, 2, 908]。
