電漿子

電漿子（plasmon）又稱電漿子、等離激元^[1]、電離漿子，可簡稱漿子^[2]，是等離子體振盪的量子，電漿子是從等離子體振盪量子化而產出的準粒子，正如光子和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振盪。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。

由於電漿子是經典等離子體振盪的量子化，它們的大多數性質可以直接從麥克斯韋方程式中導出。

解釋[編輯]

電漿子可以被描述在經典圖像中，如和金屬中的固定正離子有關的一個自由電子密度的振盪。設想一個等離子體振盪，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。它們以等離子體頻率來回振盪直到能量在某些阻力與阻尼中流失掉。電漿子則是這種振盪的量子化。

電漿子的角色[編輯]

電漿子在金屬的光學性質中扮演了很大的角色。光的頻率若是在等離子體頻率之下，則會被反射，因為金屬中的電子屏蔽了光的電場。光的頻率若是高於等離子體頻率則會透射，因為電子回應得不夠快而不能屏蔽它。在大多數的金屬中，等離子體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。一些金屬如銅^[3]和金，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，價帶等離子體頻率通常是深紫外線的頻率^[4]^[5]，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 {ne^{2}}{m\epsilon _{0}}}}=\hbar \cdot \omega _{p},

這裏的 $n$ 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[編輯]

參考[編輯]

^ 王冬利,曾長淦.量子等離激元管中窺豹[J].低溫物理學報,2019(1):1-11.
^ 趙凱華. 再論plasma的譯名[J]. 物理, 2007, 36(11): 888-889.
^ Burdick, Glenn. Energy Band Structure of Copper. Physical Review. 1963, 129: 138. Bibcode:1963PhRv..129..138B. doi:10.1103/PhysRev.129.138.
^ Kittel, C. Introduction to Solid State Physics 8th. John Wiley & Sons. 2005: 403, table 2.
^ Böer, K. W. Survey of Semiconductor Physics 1 2nd. John Wiley & Sons. 2002: 525.

[1] 王冬利,曾長淦.量子等離激元管中窺豹[J].低溫物理學報,2019(1):1-11.

[2] 趙凱華. 再論plasma的譯名[J]. 物理, 2007, 36(11): 888-889.

[3] Burdick, Glenn. Energy Band Structure of Copper. Physical Review. 1963, 129: 138. Bibcode:1963PhRv..129..138B. doi:10.1103/PhysRev.129.138.

[4] Kittel, C. Introduction to Solid State Physics 8th. John Wiley & Sons. 2005: 403, table 2.

[5] Böer, K. W. Survey of Semiconductor Physics 1 2nd. John Wiley & Sons. 2002: 525.

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