Interested Article - Плазмон

marybeth
  • 2020-01-25
  • 1

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 как:

где n — плотность валентных электронов, e — элементарный заряд , m — масса электрона и ε 0 — 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 , так как провода для плазмонов могут быть намного тоньше, чем обычные провода, и могут поддерживать намного более высокие частоты (в режиме 100 ТГц , в то время как обычные провода обладают большими потерями при 10 ГГц ). 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. [ источник не указан 2382 дня ]

Также плазмоны можно использовать для генерации излучения в структурах, называемых спазерами .

Примечания

  1. Слюсар, В.И. Электроника: наука, технология, бизнес. – 2009. - № 2. C. 63 (2009). Дата обращения: 3 июня 2021. 3 июня 2021 года.
  2. Pines, David; Bohm, David. A Collective Description of Electron Interactions: II. Collective vs Individual Particle Aspects of the Interactions (англ.) // Physical Review . — 1952. — 15 January ( iss. 85 ). — P. 338 .
  3. Sarid, Dror; Challener, William. . — Cambridge University Press, 2010. — P. 1. — ISBN 978-0-521-76717-0 .
  4. Bohm, David; Pines, David. Coulomb Interactions in a Degenerate Electron Gas (англ.) // Physical Review . — 1953. — 1 November ( iss. 92 ). — P. 609–625 . — doi : . — Bibcode : .
  5. Shevchik N. J. Alternative derivation of the Bohm-Pines theory of electron-electron interactions (англ.) // J. Phys. C: Solid State Phys.. — 1974. — Vol. 7 . — P. 3930–3936 . — doi : . — Bibcode : .
  6. Jackson, J. D. 10.8 Plasma Oscillations // . — 2nd. — New York: John Wiley & Sons , 1975. — ISBN 978-0-471-30932-1 .
  7. Burdick, Glenn. Energy Band Structure of Copper (англ.) // Physical Review . — 1963. — Vol. 129 . — P. 138–150 . — doi : . — Bibcode : .
  8. S. Zeng. A review on functionalized gold nanoparticles for biosensing applications (англ.) // Plasmonics. — 2011. — Vol. 6 , iss. 3 . — P. 491–506 . — doi : .
  9. Kittel, C. . — 8th. — John Wiley & Sons , 2005. — P. .
  10. Böer, K. W. Survey of Semiconductor Physics. — 2nd. — John Wiley & Sons , 2002. — Vol. 1. — P. 525.
  11. Liu, Xin; Swihart, Mark T. Heavily-doped colloidal semiconductor and metal oxide nanocrystals: an emerging new class of plasmonic nanomaterials (англ.) // Chem. Soc. Rev.. — 2014. — Vol. 43 . — P. 3908–3920 . — doi : .
  12. Pi, Xiaodong; Delerue, Christophe. Tight-binding calculations of the optical response of optimally P-doped Si nanocrystals: a model for localized surface plasmon resonance (англ.) // Physical Review Letters . — 2013. — Vol. 111 . — P. 177402 . — doi : . — Bibcode : . — .
  13. . Дата обращения: 20 июля 2010. 10 июля 2010 года.

Ссылки

  • Slashdot :
  • Physical Review Focus , January 24 2005
Источник —

marybeth
  • 2020-01-25
  • 1
  • Tags:
Плазмон
Состав Квазичастица
Классификация , плазмонный резонанс

Same as Плазмон

The title for the last searches