В физике, плазмо́н — квазичастица, отвечающая квантованию плазменных колебаний, которые представляют собой коллективные колебания свободного электронного газа.
Происхождение понятия Термин «плазмон» был введён в 1952 году американскими физиками Дэвидом Пайнсом и Дэвидом Бомом как гамильтониан дальних электрон-электронных корреляций.
Поскольку плазмоны это квантованные классические плазменные колебания, большинство их свойств могут быть выведены напрямую из уравнений Максвелла.
Объяснение Плазмоны в значительной мере определяют оптические свойства металлов и полупроводников. Электромагнитное излучение с частотой ниже плазменной частоты материала хорошо отражается от него, потому что свободные электроны смогут колебаться с такой частотой в такт с колебаниями электромагнитного поля этого излучения, и будут экранировать его. Но при частоте выше плазменной электроны уже не могут колебаться достаточно быстро, и электромагнитное излучение такой высокой частоты может проникать в толщу металла или полупроводника, проходить сквозь него или поглощаться им.
Плазменные частоты большинства чистых металлов лежат в ультрафиолетовой области спектра, а во всём видимом диапазоне эти металлы одинаково хорошо отражают излучение, и потому выглядят бесцветными и блестящими. Но медь и золото имеют электронные переходы на частотах видимого спектра. На них свет сильнее поглощается металлом, чем на других частотах видимого диапазона, из-за чего медь и золото в отражённом свете выглядят окрашенными.
В полупроводниках плазменная частота электронов валентной зоны обычно находится в дальнем ультрафиолетовом диапазоне, но межуровневые электронные переходы могут быть с энергиями фотонов видимого света. Такой полупроводник также будет выборочно поглощать частоты видимого света и выглядеть цветным. У высоколегированных полупроводников в форме наночастиц плазменная частота может быть в ближнем или среднем инфракрасном диапазоне.
Энергию плазмона можно оценить в модели почти свободных электронов как:
где — плотность валентных электронов, — элементарный заряд, — масса электрона и — проницаемость вакуума.
Поверхностные плазмоны (плазмоны, ограниченные поверхностями) сильно взаимодействуют со светом, приводя к образованию поляритонов. Они играют роль в поверхностном усилении рамановского рассеяния света и в объяснении аномалий в дифракции металлов. Поверхностный плазмонный резонанс используется в биохимии, чтобы определять присутствие молекул на поверхности.
Локализованный поверхностный плазмон присутствует в мелких металлических частицах (наночастицах), таких как золото или серебро. При достаточно малых размерах частиц (диаметр частицы < длина волны входящего электромагнитного излучения), она может быть рассмотрена как колеблющийся диполь. Поглощённая энергия электромагнитного излучения может существенно нагревать наночастицы.
Возможное использование Плазмоны рассматриваются как средство передачи информации в компьютерных чипах, так как провода для плазмонов могут быть намного тоньше, чем обычные провода, и могут поддерживать намного более высокие частоты (в режиме , в то время как обычные провода обладают большими потерями при ). Они были также предложены как средство для литографии и микроскопии высокого разрешения из-за их чрезвычайно малых длин волн. Оба из этих применений с успехом были продемонстрированы в лабораториях.
Также плазмоны можно использовать для генерации излучения в структурах, называемых спазерами.
Примечания
Ссылки https://web.archive.org/web/20060302045114/http://home.hccnet.nl/ja.marquart/BasicSPR/BasicSpr01.htm https://web.archive.org/web/20030423045410/http://www.qub.ac.uk/mp/con/plasmon/sp1.html https://web.archive.org/web/20060117021324/http://www.photonics.com/spectra/research/XQ/ASP/preaid.101/QX/read.htm Plasmonic computer chips move closer Progress at Stanford for use in computers Slashdot: A Plasmonic Revolution for Computer Chips? A Microscope from Flatland Physical Review Focus, January 24 2005 n:en:Invisibility shield gets blueprint
Категория:Коллективные явления в конденсированных средах