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等離子體和表面等離子體的關系

2017-06-21 作者: admin

  一般提起等離子體或者plasma,大家想到的是電離的空氣或者太陽上的高溫物質。但是,你如果仔細考慮一下金屬的自由電子模型,那么在正離子背景中運動的自由電子“氣”也是一種“等離子體”。

  金屬中正離子晶格的集體振蕩可以量子化為聲子的產生、傳播與湮滅;同樣,金屬中自由電子氣的集體振蕩也可以看做是一種集體激發,也可以量子化為某種準粒子的產生、傳播與湮滅。這個準粒子就是plasmon,或者說“等離激元”。是“激元”不是“基元”。“激元”表示“集體激發的基元”或是說“激發元”;“等離基元”則暗示plasmon是組成等離子體的最基本單位——但實際上完全不是如此。組成金屬中等離子體的基本單位明明是自由電子和金屬正離子。金屬中的電子集體震蕩有兩種:一種是整個金屬的電子都在外電場作用下同步搖擺,一種是只在金屬表面集體搖擺。顯然,由于金屬對外界電場的高效屏蔽,第一種集體搖擺不可能在宏觀金屬塊材中實現(所以也不容易跟可控核聚變研究的那種高溫體相等離子體相混淆),而只有在納米顆粒中才能存在。第二種則常見的多,我們常說的“金屬光澤”也與此有關。既然這第二種搖擺在表面,當然叫做“表面等離激元”。

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  另外,這個等離激元不是固定在一處而是會傳播的,而且傳播所到之處,由于只有電子振動而金屬正離子不動,必然造成局部不再電中性,而是“極化”了,為了強調這種極化的局域性和準粒子特性,最后就變成了“表面等離激元極子”(SPP)這么一個拗口的名字。稍微意譯一點的話,可以稱之為“表面等離極化激元”,表示這個激元的特點是“極化的”。

  綜上,“表面等離子體”也可以算是“等離子體”的一種。但是這個“等離子體”并不是一般人所想象的那種與“固、液、氣”并列的高溫等離子體。

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