Plasmonsvängningar

Plasmonsvängningar är kollektiva oscillationer av det fria elektronmolnet i metaller och dopade halvledare. När elektronerna förskjuts i förhållande till den positiva kärnladdningen uppstår en återställande Coulombkraft som får elektronmolnet att oscillera kring jämvikten. Denna kollektiva rörelse uppträder vid plasmafrekvensen, en energiskala som i enkla modeller ges av ωp = sqrt(n e^2 / (ε0 m^*)), där n är elektronstätheten och m^* den effektiva massan.

I bulkmaterial är bulkplasmonsvängningar vanliga; vid en metall-dielektrikum-gräns uppstår ytplasmoner, som är lokaliserade vid ytan och ofta kan kopplas till ljus trots subdiffraction. Ytplasmonernas dispersion beror starkt på omgivningen och kräver vanligtvis TM-polariserat ljus eller närfältsaktivering.

Plasmonsvängningar studeras med tekniker som optisk spektroskopi och elektronenergiförlustspektroskopi (EELS) i TEM samt närfältsoptik. De har stor betydelse inom nanofotonik och plasmonik tack vare sina starkt lokaliserade fält och möjligheten att styra dem i nanoskala. Vanliga tillämpningar inkluderar sensorteknik (till exempel ytbunden SERS), subdiffraction-limitationer och metamaterial.

I tvådimensionella system som grafen uppträder plasmonsvängningar med särskilt hög konfinement och stor tunbarhet via elektrostatisk gating, vilket möjliggör grafenbaserade plasmoniska enheter och nya tekniker inom tunbar optik.