Jeśli jesteś właścicielem tej strony, możesz wyłączyć reklamę poniżej zmieniając pakiet na PRO lub VIP w panelu naszego hostingu już od 4zł!

Dodaj nas do zakładek

Galaktyki, Gwiazdy ,Planety

  

Plazmon (fizyka)

Plazmon (fizyka)

W fizyce plazmon stanowi kwant oscylacji plazmy. Plazmon jest kwazicząstką wynikającą z kwantowania oscylacji plazmy tak samo jak fotony i fonony są kwantami odpowiednio elektromagnetycznych i mechanicznych drgań (chociaż foton jest cząstką elementarną, a nie kwazicząstką). Tak więc plazmony są wspólnymi oscylacjami gęstości gazu swobodnych elektronów, na przykład przy częstościach optycznych. Plazmony mogą oddziaływać z fotonami tworząc inną kwazicząstkę zwaną polarytonem.

Ponieważ plazmony wynikają z kwantowania klasycznych oscylacji plazmy, większość ich właściwości można wyprowadzić bezpośrednio z równań Maxwella.

Plazmony mogą być opisane jako obraz klasycznych oscylacji gęstości elektronowej w obecności nieruchomych dodatnich jonów metalu. By wyobrazić sobie oscylacje plazmy, umieśćmy metalową kostkę w zewnętrznym polu elektrycznym skierowanym w prawo. Elektrony będą się przesuwać w lewo (odsłaniając dodatnie jony z prawej) dopóki nie zniwelują pola wewnątrz metalu. Wtedy elektrony zaczynają przesuwać się w prawo odpychane przez siebie nawzajem i przyciągane przez jony dodatnie po prawej stronie. Oscylują tak z częstością plazmową dopóki ich energia nie ulegnie pochłonięciu w wyniku tłumienia lub oporu elektrycznego. Plazmony są kwantami takiej właśnie oscylacji.

Plazmony mają ogromne znaczenie w optyce metali. Światło o częstości mniejszej niż częstość plazmowa jest odbijane, ponieważ elektrony w metalu ekranują pole elektryczne światła. Światło o większej częstości jest przepuszczane, ponieważ odpowiedź elektronów jest zbyt wolna, by zekranować światło. Większość metali wykazuje częstość plazmową w ultrafiolecie, dlatego są błyszczące w zakresie widzialnym. Niektóre metale, jak na przykład miedź i złoto wykazują przejścia międzypasmowe elektronów w zakresie widzialnym, przez co określone energie światła (kolory) zostają pochłonięte dając określony kolor. W półprzewodnikach częstość plazmowa elektronów walencyjnych mieści się zwykle w zakresie głębokiego ultrafioletu, przejścia międzypasmowe w zakresie widzialnym, dzięki czemu one również są błyszczące i kolorowe.


Plazmony powierzchniowe to te plazmony, które są ograniczone do powierzchni i silnie oddziałują ze światłem dając polarytony. Występują na granicy próżni lub materiału o małej dodatniej urojonej i dużej ujemnej rzeczywistej części przenikalności elektrycznej (zwykle metal lub domieszkowany półprzewodnik). Mają znaczenie między innymi w Powierzchniowo wzmocnionej spektroskopii Ramana (SERS) i w wyjaśnieniu anomalii dyfrakcyjnej na metalowej siatce dyfrakcyjnej określanych jako anomalia Wooda. Powierzchniowy rezonans plazmonowy używany jest przez biochemików w badaniach nad mechanizmami i kinetyką przyłączania ligandów do receptorów (np. przyłączanie substratu do enzymu).

Już wcześniej wykorzystywano powierzchniowe plazmony do regulowania koloru materiałów. Jest to możliwe, ponieważ kontrola nad kształtem i rozmiarem cząsteczki pozwala na określenie plazmonów powierzchniowych mogących się z nimi sprząc i w nich propagować. To z kolei kontrola nad światłem, które reaguje z powierzchnią. Te efekty zostały przedstawione na witrażach, które zdobią średniowieczne katedry. W tym przypadku nanocząstki metalu o określonym rozmiarze, które oddziałują ze światłem, nadają szkłu jego jaskrawą barwę. Nowoczesna nauka zaprojektowała te efekty zarówno dla światła widzialnego jak i promieniowania mikrofalowego. Wiele uwagi poświęca się zakresowi mikrofalowemu, ponieważ przy tych długościach fal konieczna powierzchnia materiałów może być wykonana mechanicznie (wielkość rzędu kilku centymetrów). Wygenerowanie plazmonów powierzchniowych w zakresie widzialnym wymaga stworzenia powierzchni o wymiarach poniżej 400 nm. Jest to o wiele trudniejsze i dopiero ostatnimi czasy stało się możliwe do wykonania solidnie i w dostępny sposób.Umiejscowienie i natężenie maksimów absorpcji i emisji związane są z adsorpcją cząsteczek, co może być wykorzystane w czujnikach chemicznych. Zlokalizowane plazmony powierzchniowe nanocząsteczek metali mogą być użyte w wykrywaniu różnego typu cząsteczek, białek, itd.

Rozważa się zastosowanie plazmonów do przesyłania informacji w mikroprocesorach, ponieważ plazmony mogą wspierać znacznie wyższe częstości (w zakresie 100 THz, podczas gdy typowe przewody dają duże straty już w zakresie kilkudziesięciu GHz). Jednakże dla elektroniki plazmonicznej najpierw potrzeba stworzyć plazmoniczny tranzystor.

Zaproponowano również plazmony jako środki w wysokiej rozdzielczości litografii i mikroskopii ze względu na ich ekstremalnie małe długości fali. Oba te zastosowania zostały sprawdzone w warunkach laboratoryjnych. Wreszcie powierzchniowe plazmony mają niespotykaną zdolność do zamykania światła w bardzo małych obszarach, co mogłoby uwolnić wiele nowych zastosowań.

Powierzchniowe plazmony są bardzo czułe na właściwości materiałów, na których się propagują. To doprowadziło do wykorzystania ich w pomiarze grubości monowarstw w cienkich filmach. Firmy takie jak Biacore wprowadziły na rynek urządzenia wykorzystujące te zasady. Optyczne powierzchniowe plazmony są sprawdzane pod kątem zastosowań w kosmetyce (m.in. firma L'Oreal).

W 2009, koreańska grupa znalazła sposób znacznego polepszenia wydajności diody oLED przy użyciu plazmonów.

Grupa europejskich naukowców z IMEC (Międzyuczelniane Centrum Mikroelektroniki) zaczęła pracę nad polepszeniem wydajności baterii słonecznej i zmniejszeniem kosztów przez zastosowanie nanostruktur metalicznych (wykorzystanie efektów plazmonicznych), które zwiększyłyby absorpcję światła w różnych typach ogniw słonecznych typu: krystaliczny krzem (c-Si), wysokowydajne półprzewodniki z grupy III-V, związki organiczne i barwniki.