plasmonisk

Plasmonisk, eller plasmonik, är ett område inom nanofotonik som studerar plasmons, kollektiva oscillationer av fria elektroner i metaller när de påverkas av elektromagnetiska fält. Två centrala fenomen dominerar: ytplasmonpolarisationsvågor (surface plasmon polaritons, SPP) som färdas längs metall–dielectric-gränser, och lokala ytplasmoner (localized surface plasmon resonances, LSPR) som uppstår i nanoskaliga metallstrukturer och ger kraftig elektromagnetisk fälttillstärkning i små volymer.

Excitation kräver momentummatchning mellan ljuset och plasmonen, ofta uppnådd med gratingar, prismor eller genom närhet till nanostrukturer. Materialval domineras av ädla metaller som guld och silver; aluminium används för UV-området. Plasmoniska system erbjuder stark lokal fältförstärkning, tydlig konfinering och möjlig geometrisk tunning av resonanserna.

Lokal ytplasmoner (LSPR) uppträder i nanopartiklar och kan ge mycket hög lokal fältintensitet, medan ytplasmonpolarisationersvågor används i plana vågledare och kan färdas längre. Genom att ändra partiklarnas storlek, form och omgivning kan resonanserna tunas över ett brett spektrum, särskilt i synligt till närinfrarött.

Användningar omfattar känsliga biosensorer baserade på LSPR, ytserser (SERS) för ytkänsliga mätningar, förbättrad absorption i solceller, nanofotoniska komponenter som nanoantenner och plasmonvågledare, samt metamaterial och nonlinear plasmonics. Forskningen används också för att generera heta elektroner och för kvantnanophotonik när plasmoniska resonanser kopplas till kvantemitters.

Utmaningar inkluderar ohmisk förlust i metaller, begränsad räckvidd för SPP och tillverkningskrav, särskilt vid nanoskalor. Forskningen kombinerar teoretiska modeller som Drudemetoden och Mie-teori med Maxwell-ekvationerna samt numeriska metoder som FDTD och FEM.