徐红星发现了金属纳米波导中表面等离激元的手性传播;发现金属纳米线等离激元的近场分布强烈依赖于纳米线周围的介电环境,并利用该特性实现了对等离激元传播的调控;实现了纳米尺度的光路由器;首次通过金属纳米波导构建了完备的纳米全光逻辑器件,实现了两个二进制数的加法运算;首次演示了等离激元逻辑的可扩展性,通过或门和非门的级联实现了或非运算;在室温下实现了对等离激元传播损耗的补偿;系统地研究了金属纳米线的表面等离激元性质,如等离激元的发射方向、偏振特性、分光特性、衬底效应、传播损耗、干涉特性、模式转换等;利用金属纳米线表面等离激元的传播实现了单分子水平的表面增强拉曼散射的远程激发;利用自主研发的高真空针尖增强拉曼光谱系统发现了等离激元辅助的分子化学反应;首次合成了具有均一米状形貌的银纳米颗粒,并研究了该结构中的高阶等离激元共振;发现了等离激元和激子相互激发和相互转化的双向过程;首次在实验上实现了对金属纳米线上两个量子点产生的表面等离激元的分辨;研发出大面积自支撑高深宽比 5000 线/毫米的软 X 射线金透射光栅。在等离激元纳米波导与集成光芯片、表面/针尖增强光谱和金属纳米结构的等离激元光子学特性的研究方面开展了系统的研究工作。