电磁波与金属纳米结构相互作用时，入射光子激发金属表面可迁移的自由电子，形成表面等离激元（Surface Plasmon Polaritons，SPPs），同时在金属—介质的表面产生巨大的局域场增强。等离激元Fano共振是由于金属纳米结构中可被光激发的超辐射模和不可被光直接激发的亚辐射模相消干涉而产生的一种非对称线型。相比传统的等离激元模式，Fano共振具有较窄的线宽，更强的局域场增强以及高灵敏度的传感性能等特性。这些性能使其在生物/化学传感器、纳米光刻和表面增强拉曼散射等方面有着广泛的应用。另外，手性分子放置在金属纳米颗粒附近时，其圆二色性(Circular Dichroism，CD)会被显著增强。而且人工设计的等离子体纳米结构可以产生比手性分子强几个数量级的CD信号和超手性电磁场，在生物医学诊断和病原体探测等方面具有巨大的应用潜力。本论文从等离激元Fano共振以及手性等离激元的若干问题出发，设计了几种新颖的等离子体纳米结构，阐明了其物理机制。本论文主要的创新性成果如下:　　1、提出了一个结构简单，容易制造的等离激元体系，仅由并排放置的两个长短不一的金纳米条组成。体系的散射谱呈现类Fano线型。通过进一步研究体系的电场和电荷分布，阐明了超辐射模和亚辐射模的相消干涉作用。由于金属纳米条具有良好的调节性，从而可以在很宽的波段工作。而且在引入另一个短的纳米条组成三聚体后，由于净偶极矩的进一步取消，系统的性能得到进一步的提高。这些类Fano的线型对周围环境的变化非常灵敏，获得FoM理论值高达8.74，可以用于生物和化学传感。　　2、设计了一种以纳米叉为单元的七聚体结构，在正入射光的激发下能产生双Fano共振。通过研究体系的电荷分布、表面电流的矢量分布和场的分布，发现这两个Fano共振来自两个不同的物理机制。处于较短波长的法诺共振是由于电偶极子和电四极子相互干涉导致的;而处于较长波长的法诺共振是由于电偶极子和集体形成的磁四极子相互干涉导致的，其中磁四极子是由近邻的两个闭合环流导致的。由于金属纳米叉本身具有良好的调节性和两法诺共振来自不同的物理机制，从而可以在很宽的波段工作，并且可以被独立地或者同时调节。利用磁等离子体模式低损耗和强局域特性，由七聚体组成的链状结构可以用于亚波长信号的传递，有效传播距离高达2.608μm，在纳米尺度的集成光芯片方面具有潜在的应用。　　3、借助外来手性的概念，设计了一种结构简单的平面等离子体超材料。结构中的超分子由两个相互扭曲了90°的开口环谐振器组成，该耦合的谐振器在入射线偏光激发下，由于感应和传导电流的作用，与单个谐振器相比，能级发生分裂，实现了强的光学磁性，且处于高低频的杂化的磁偶极子分别平行和反平行排列。另外，通过倾斜入射圆偏光，这个非手性的平面结构在大气透明窗口（近红外波段）显示出强的光学活性，特定偏振旋转超过105deg/mm，可与大部分三维或多层手性结构的性能相比拟。最后，我们提出了一个手性分子模型，通过研究电偶极子和磁偶极子之间的相互作用，我们可以定性地解释手性的来源。这种人工手性的平面超材料在负折射率、偏振控制、对映体传感和药物开发方面具有良好的应用前景。