כאשר אור פוגע במראה, הוא פשוט מוחזר ממנה; אך כאשר אור רב עוצמה במיוחד, למשל מקרן לייזר ממוקדת, מוקרן על חומר, עשויות להתרחש בין האור המוקרן לאלקטרונים שבחומר אינטראקציות מורכבות שאינן פרופורציונליות לעוצמת השדה החשמלי של האור המוקרן (כלומר הן אינן ליניאריות). ניתן לומר שתגובה אופטית לא ליניארית – בניגוד לתגובה אופטית רגילה (כמו החזרת אור ממראה) – כרוכה בשינוי תכונות החומר על-ידי האור המוקרן עליו. במחקר זה בדקנו את התגובות האופטיות הלא ליניאריות של אלמנטים ננומטריים, הן חלקיקים והן חורים זעירים בשכבות מתכתיות דקות, לעירור על-ידי שדה לייזר. אחד הנושאים המרכזיים שבהם התמקדנו היה המעבר בין תגובתו של חור בודד לתגובתם של מערכים המורכבים מהרבה חורים הקשורים ומצומדים זה לזה. המחקר אמנם התחיל מבדיקת מערכי חורים, אבל התרחב בהמשך לבדיקת התגובה של מערכי חלקיקים, ומצאנו הבדלים מעניינים. בחלקו הראשון של המחקר בדקנו את סוג התגובה המכונה תגובה מסדר שני, וגילינו את הצימוד החזק בין חורים לעומת הצימוד היותר חלש בין החלקיקים ("צימוד" בין זוג עצמים או יותר פירושו קיומה של אינטראקציה פיזיקלית ביניהם). ההסבר לתופעה מעניינת זו נובע מאופן התקדמות הפלזמונים, מעין חלקיקים הקשורים לתנודות צפיפות האלקטרונים המתרחשות בתווך המעורר על-ידי הלייזר. לפלזמונים קל יותר להתקדם בשכבת המתכת מאשר באוויר (או בריק), לכן טווח הצימוד של חורים (שפלזמונים המעוררים בהם מתפשטים דרך המתכת שסביבם) גדול יותר מטווח הצימוד של חלקיקים (שהפלזמונים המעוררים בהם חייבים להתקדם באוויר שסביב החלקיקים). בחלקו השני של המחקר פתחנו שיטות לשליטה מלאה על האמפליטודה (המשרעת) והפאזה (המופע) של האור העובר דרך אנטנות ננומטריות, וניצלנו תכונה זו כדי לשלוט באור הלא ליניארי הנוצר במערכי החלקיקים. כך למשל ביצענו אופטימיזציה של תהליך המכונה "ערבוב של ארבעה גלים" (Four-wave mixing), הראינו שליטה מלאה על הפאזה אשר הובילה אותנו ליכולת לייצר הולוגרמות לא ליניאריות, ולבסוף, בשיתוף פעולה עם אוניברסיטת תל-אביב, פיתחנו יכולת לייצר עדשות אכרומטיות, כלומר עדשות שבהן כל צבעי הקשת מרוכזים לאותה נקודה – תכונה רצויה שאינה קיימת בעדשות זכוכית סטנדרטיות. עבודתנו הניחה את היסוד לשיפור השליטה בתכונות האופטיות של האלמנטים הננומטריים, שיאפשר להמשיך ולפתח מגוון רחב של אלמנטים אופטיים, כולל אולי יישומים מעשיים ותעשייתיים.