近日，山東大學物理學院陳峰教授團隊在離子束合成新型金屬納米顆粒及其光學應用、離子束改性二維資料及其生物醫學應用的研究中取得新進展，相關工作均發表於國際納米研究領域的著名期刊Small（IF=11.459）上。
通過表面改性的非線性光學資料在製造頻率梳、調製器和全光開關等多種光子學器件中有著廣泛的應用，隨著光子器件向著功能性、集成化方向發展，製備具有高性能的低維納米複合非線性光學資料成為新一代集成光子器件的一個重要基礎。貴金屬納米顆粒作為零維資料，被廣泛應用於調控資料的三階非線性光學響應。尋求新的方法進一步改善非線性光學資料的非線性效能、穩定性、可控性，對提升非線性光子學器件的品質具有重要的促進作用。
陳峰教授團隊與中國科學院上海光機所、武漢大學相關課題組合作，提出了一種異質雙層納米顆粒結構，首次利用相鄰納米顆粒層間散射引起的能量轉移，達到增强非線性光學資料的三階非線性光學響應的效果。通過順序離子注入方法在鈮酸鋰晶體中合成了嵌入式銅、銀雙層納米顆粒，分佈於鈮酸鋰晶體表面以下100nm深度範圍內，並結合彈性碰撞模型和熱分解理論，揭示了雙層納米結構的形成機理。這種方法的優點是，將金屬納米顆粒嵌入在介電光學晶體中，穩定性高，能够長時間保存，且可控性强，納米顆粒分佈與形貌可通過注入能量和劑量精確控制。利用有限元法結合Mie散射理論對該雙層異質結構的光學性質進行類比並與實驗結果對比，結果表明，上層的銅納米顆粒的局域表面等離激元共振效應（LSPR）被完整保留下來，而下層的銀納米顆粒的散射效應加强了銅納米顆粒周圍的近場强度，從而提高了上層銅納米顆粒本身的三階非線性響應。與單層銅納米顆粒相比，近紅外波段近場光强增强因數和三階非線性響應調製深度均提高了一倍，而飽和强度降低了一個數量級（從17.9GW/cm2到1.97 GW/cm2）。基於上述結果，利用光學非線性增强的鈮酸鋰晶體作為可飽和吸收體置於雷射諧振腔中，實現了具有更短脈寬的1微米調Q鎖模波導雷射輸出，其重複頻率達到6.55GHz，脈衝寬度值降低了32.7%。
該論文以“A novel hierarchical nanostructure for enhanced optical nonlinearity based on scattering mechanism”為題線上發表於Small（https://doi.org/10.1002/smll.202003172），第一作者為物理學院2019級博士研究生逄馳，通訊作者為陳峰教授，山東大學為第一作者單位和唯一通訊作者單位。
細菌引起的感染性疾病在臨床上的發病率、死亡率均高，嚴重威脅人類健康。現時抗生素是對細菌感染的最主要手段，但抗生素的長期使用也導致了耐藥菌株（如超級細菌）的出現，使感染性疾病面臨更嚴峻的挑戰，研究並開發新藥物實現對抗耐藥菌成為迫切需求。
陳峰、譚楊教授團隊與山東大學第二醫院張晗教授團隊合作，提出缺陷可以賦予過渡金屬硫化物（XS2-0.1，X=W，Mo）量子點（QDs）高效殺菌的性質。研究採用離子輻照科技濺射XS2QDs最上層硫原子層產生硫缺陷，該缺陷位置具有强氧化性和强抗菌活性；在140µg/mL濃度下，WS2-0.1QDs可在20分鐘內有效地殺滅金黃色葡萄球菌、MASR和大腸桿菌（滅菌率分別為99.99%、99.9%和99%）；進一步用小鼠眼部炎症模型評估其體內抗菌活性，發現WS2-0.1QDs可以防止超級細菌感染引起的眼穿孔等嚴重統感染，具有臨床藥用潜力。該研究工作表明缺陷可以賦予XS2量子點新型（不依賴光）、高效抗菌活性，為開發新型納米藥物提供了一種新途徑。
該論文以“Vacancy-induced antibacterial activity of XS2–yquantum dots against drug-resistant bacteria for treatment of bacterial keratitis”為題線上發表於Small（https://doi.org/10.1002/smll.202004677），第一作者為齊魯醫學院2018級博士生李慧媛，通訊作者為張晗、譚楊、陳峰，山東大學為唯一作者單位。
相關研究工作均得到了國家自然科學基金專案、晶體材料國家重點實驗室等的大力支持。