電漿子

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電漿子(Plasmon)是電漿震盪的量子,電漿子是從電漿震盪量子化而產出的準粒子,正如光子聲子分別是光和機械震動的量子化一樣(儘管光子是基本粒子而不是準粒子)。因此,電漿子是自由電子氣密度的集體震盪。例如,在光學頻率上,電漿子可以和光子偶合來創造另一種叫作電漿子-電磁極化子的準粒子。

由於電漿子是古典電漿震盪的量子化,它們的大多數性質可以直接從馬克士威方程式中導出。

解釋[编辑]

電漿子可以被描述在古典圖像中,如和金屬中的固定正離子有關的一個自由電子密度的震盪。設想一個電漿震盪,想像一個金屬塊放置在指向右方的外部電場中。電子將會向左側移動(正離子則在右側)直到它們消除了金屬內部的電場。若電場被移除了,電子被右側的正離子所吸引而移向右方。它們以電漿頻率來回震盪直到能量在某些阻力與阻尼中流失掉。電漿子則是這種震盪的量子化。

電漿子的角色[编辑]

電漿子在金屬的光學性質中扮演了很大的角色。光的頻率若是在電漿頻率之下,則會被反射,因為金屬中的電子屏蔽了光的電場。光的頻率若是高於電漿頻率則會透射,因為電子回應得不夠快而不能屏蔽它。在大多數的金屬中,電漿頻率接近紫外線的頻率,反射了可見光讓它們看起來很閃亮。一些金屬如[1],在可見區中有電子帶間過渡,藉此吸收某些能量的(某些顏色的)光,讓它們擁有獨特的顏色。在半導體中,價帶電漿頻率通常是深紫外線的頻率[2][3],這也是為什麼它們那麼反光。

電漿子能量通常可以自由電子模型來估計


E_{p} = \hbar \sqrt{\frac{n e^{2}}{m\epsilon_0}}= \hbar \cdot \omega_{p},

這裡的n是導電子密度,e是基本電荷,m是電子質量, \epsilon_0是自由空間電容率,\hbar是普朗克定數,\omega_{p}是電漿子頻率。

表面電漿子[编辑]

參考[编辑]

  1. ^ Burdick, Glenn. Energy Band Structure of Copper. Physical Review. 1963, 129: 138. Bibcode:1963PhRv..129..138B. doi:10.1103/PhysRev.129.138. 
  2. ^ Kittel, C. Introduction to Solid State Physics 8th. John Wiley & Sons. 2005: 403, table 2. 
  3. ^ Böer, K. W. Survey of Semiconductor Physics 2nd. John Wiley & Sons. 2002: 525.