Plasmon

Dans la physique , le plasmon est le Quasiparticle résultant de la quantification des oscillations de plasma de juste comme les photons et les phonons sont des quantifications des ondes légères et sonores, respectivement. Ainsi, les plasmons sont des oscillations collectives de la densité libre du gaz d'électrons , souvent aux fréquences optiques. Ils peuvent également ajouter à un photon pour créer un troisième quasiparticle appelé un Polariton de plasma.

Puisque les plasmons sont la quantification des oscillations classiques de plasma, la plupart de leurs propriétés peuvent être dérivées directement des équations de Maxwell de .

Explication

Des plasmons sont expliqués dans l'image classique using le Drude modèle des métaux. Le métal est traité comme cristal tridimensionnel de franchement - les ions chargés , et un gaz d'électrons delocalized se déplace un potentiel périodique de cette grille d'ion.

Les plasmons jouent un grand rôle dans les propriétés optiques des métaux. Le léger de la fréquence au-dessous de la fréquence de plasma de est reflété, parce que les électrons dans le métal examinent le champ électrique de la lumière. La lumière de la fréquence au-dessus de la fréquence de plasma est transmise, parce que les électrons ne peuvent pas répondre assez rapidement pour l'examiner. En la plupart des métaux, la fréquence de plasma est dans le ultra-violet, les rendant brillants (r3fléchissant) dans la gamme évidente. Quelques métaux, tels que le cuivre et l'or , ont des transitions d'interband électroniques dans la gamme évidente, par lequel des énergies légères spécifiques (couleurs) soient absorbées, rapportant leur couleur distincte. En semi-conducteurs enduits, la fréquence de plasma est habituellement dans le profond ultra-violet. C'est pourquoi ils sont r3fléchissants, aussi.

L'énergie de plasmon peut souvent être estimée dans le modèle d'électron libre As

$E_ {p} = \ hbar \ racine carrée {\ frac {^ de nord-est {2}} {m \ epsilon_0}}$

là où $n$ est la densité de l'électron de valence de , $e$ est la charge élémentaire , $m$ est la masse d'électron de et le $\ epsilon_0$ la constante diélectrique de de l'espace libre .

Plasmons extérieurs

Le ''' de plasmons de surface de ''' de sont ces plasmons qui sont confinés sur des surfaces et qui agissent l'un sur l'autre fortement avec la lumière ayant pour résultat un Polariton . Elles se produisent à l'interface d'un vide ou d'un matériel avec une constante diélectrique positif avec cela d'une constante diélectrique négative (habituellement un métal ou un diélectrique enduit). Elles jouent un rôle en spectroscopie de Raman augmentée par surface de et en expliquant des anomalies dans la diffraction des râpages (anomalie de en métal du de l'en bois de ), entre autres. La résonance extérieure de plasmon de est employée par les biochimistes pour étudier les mécanismes et la cinétique des ligands liant aux récepteurs (c. un substrat liant à une enzyme ).

Des plasmons plus récemment extérieurs ont été employés pour commander des couleurs de materials. C'est possible depuis les commandes de forme de la surface du matériau de contrôle les types de plasmons extérieurs qui peuvent coupler à lui et propager à travers lui. Ceci commande alternativement l'interaction de la lumière avec la surface. Ces effets sont illustrés par le verre souillé historique qui ornent les cathédrales médiévales. Dans ce cas-ci, la couleur est donnée par des nanoparticles en métal d'un à taille fixe qui agit l'un sur l'autre avec le champ optique pour donner au verre sa couleur vibrante. En science moderne, ces effets ont été machinés pour la lumière visible et le rayonnement de micro-onde de . Beaucoup de recherche continue d'abord dans la gamme de micro-onde parce qu'à cette longueur d'onde des surfaces du matériau peuvent être produites mécaniquement pendant que les modèles tendent à être de l'ordre quelques centimètres pour produire des effets optiques de plasmon de surface de gamme implique la production des surfaces qui ont les dispositifs <400 ; nanomètre . C'est beaucoup plus difficile et est devenu tout récemment possible pour faire de n'importe quelle manière fiable ou disponible.

Applications possibles

Des plasmons ont été considérés afin de l'information de transmission sur les puces puisque les plasmons peuvent soutenir des fréquences beaucoup plus hautes (dans le 100 ; Chaîne de THz , alors que les fils conventionnels deviennent très lossy dans les dizaines de gigahertz ). Les plasmons comportent le mouvement rapide des électrons par le solide, mais les pertes ohmiques disparaissent. On leur a également proposé afin de la lithographie à haute résolution et de la microscopie due à leurs longueurs d'onde extrêmement petites. Tous les deux applications ont vu des démonstrations réussies dans l'environnement de laboratoire. En conclusion, les plasmons extérieurs ont la capacité unique de confiner la lumière aux dimensions très petites qui pourraient permettre beaucoup de nouvelles applications.

Les plasmons extérieurs sont très sensibles aux propriétés des matériaux sur lesquels ils propagent. Ceci a mené à leur utilisation de mesurer l'épaisseur des couches unitaires sur les films colloïdaux du , tels que le criblage et mesurer des événements obligatoires de la protéine . Les compagnies telles que le Biacore ont commercialisé les instruments qui opèrent ces principes. Des plasmons extérieurs optiques sont étudiés en vue de améliorent le maquillage par le L' Oréal notamment.

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