本项目设计了#字形、非对称双劈裂环、非对称圆环、金属/电介质/金属三明治矩型孔、金属椭球（对）/介质/金属模、金属圆环/电介质/金模、金属/电介质/金属三明治方块、双U型/金属棒、金属条/Si/光栅等阵列结构metamaterials，并研究了其光学响应与结构单元形状、尺寸及激发光偏振方向或入射方向之间的关系。分析了不同共振模的物理起源，计算了其表面局域电磁场强度分布和增强因子。在此基础上进行metamaterial-SERS衬底的设计。.#字形metamaterial存在多局域电磁场的热点分布，分别来自开口环的磁响应和金属棒的电响应模。磁模具有更大的增强和传感灵敏度。对于金、铜、银，SERS增强因子分别可达10^6-10^8。依赖于非对称度的大小，非对称双劈裂环metamaterial呈现偶极子-偶极子成键态、偶极子-偶极子和偶极子-四极子的反键态或偶极子-四极子和偶极子-六极子的成键态，偶极子-多极子成键共振比反键共振能给出更大的电磁场增强，SERS增强因子可达10^8-10^12。利用LSPR和SPP反交叉耦合可实现双或多波段完美吸收和更大的电磁场增强。对于椭球对结构和“金纳米环/金膜”结构，场增强因子分别达10^3和10^2；金属纳米棒阵列/硅膜/金属光栅结构呈现多反交叉共振耦合，使硅薄膜在太阳光谱范围吸收增强因子达170%。基于metamaterial的Fano共振效应可实现电磁场增强以及高传感灵敏度。非对称纳米环结构场增强因子高达264，品质因子达8.28；对称双U/金属棒共振器的电偶极子和磁偶极子之间干涉产生单或双Fano共振，其暗模比亮模具有更高的传感灵敏度和品质因子。金属/电介质/金属方形三明治结构可实现磁多极子共振和电偶极子共振的耦合，可实现宽带完美吸收。还研究了几种metamaterial的慢波效应、磁场增强效应等。开展了基于Metamaterial的SERS衬底的制备与相关实验研究，提出了一种低压非加热式纳米压印技术，为Metamaterial-SERS衬底的制备奠定了初步基础；开展了SERS衬底的制备和初步实验研究。.本项目在国内外核心期刊发表研究论文39篇，SCI收录18篇，EI收录8篇；授权国家发明专利2项。在本项目研究成果的基础上，本课题组段智勇副教授和范春珍讲师相继获得国家自然基金面上项目和青年基金项目各一项。