近场光学显微技术发展: 扫描近场光学显微镜（SNOM）将光谱学与扫描探针显微技术有机融合，并在过去十年中逐步发展成为一种强大的纳米成像与纳米光谱表征手段。我们的目标是进一步拓展 SNOM 的能力：（1）将 SNOM 与超快光谱技术相结合，实现纳米尺度空间分辨与皮秒至飞秒量级时间分辨；（2）将 SNOM 与多种纳米尺度电学及纳米力学测量手段耦合，构建多功能扫描探针综合表征平台。

量子等离激元: 表面等离激元是由光场与材料中的自由电子集体振荡耦合形成的电磁集体激发，可在纳米尺度调控光–物质相互作用。然而，传统等离激元体系面临强束缚与低损耗之间的固有取舍。我们通过在非常规等离激元系统中引入量子效应（量子等离激元）与拓扑效应（拓扑纳米光子学），来探索突破这一困境的可能途径，典型体系包括碳纳米管和拓扑半金属。

碳纳米管: 单壁碳纳米管（SWNTs）是由单层石墨烯卷曲形成的一维中空圆柱结构。尽管相关研究已持续三十余年，SWNTs——这一长期被寄予厚望的“后硅时代”候选材料——仍不断展现出新奇物理特性与潜在应用前景。我们利用先进的表面表征技术，探测超洁净金属性和半导体性碳纳米管中的 Luttinger 液体行为与激子效应。

范德华异质结构: 范德华异质结构由通过弱范德华力堆叠的原子层材料组成。丰富的低维晶体材料选择以及旋转角度调控等机制，为构筑单一材料所不具备的新型物性提供了前所未有的自由度。在众多奇异现象中，我们利用 SNOM 成像极化激元波——即光与物质的混合集体模态，包括石墨烯中的等离极化激元、h-BN 薄层中的声子极化激元，以及过渡金属硫族化物（TMDCs）中的激子极化激元。

低维材料单缺陷：缺陷在晶体中普遍存在，也可通过人工方式引入，并对材料的电子、光学及热输运性质产生显著影响。许多缺陷会阻碍电子或声子的输运，而另一些单缺陷则可能具有奇特的量子特性，因而在量子技术中具有潜在应用价值。我们特别关注碳纳米管和 h-BN 薄层中的单缺陷的精细表征与调控，并探索其在量子纳米光子学中的应用潜力。