Bir metalde , bir plazmon , nicelleştirilmiş bir plazma salınımı veya bir plazma salınım kuantumudur .
Plazmon a, yarı-parçacık kaynaklanan nicemleme ait plazma frekansında gibi, foton ve fonon sırasıyla aydınlık ve mekanik titreşimler sayımsal bulunmaktadır.
Bu nedenle, plazmonlar, örneğin optik frekanslarda bir elektron gazının toplu salınımlarıdır.
Bir plazmon ve bir fotonun birleşmesi, polariton plazma adı verilen başka bir yarı parçacık oluşturur .
Plazmonlar, klasik plazma salınımlarının ölçümü olarak tanımlandığından, özelliklerinin çoğu doğrudan Maxwell denklemlerinden hesaplanabilir .
Bir metalin plazma salınımları, klasik bir teori çerçevesinde anlaşılabilir.
İyonların sabit olduğunu ve elektronların bir blok halinde hareket edebildiğini varsayarsak ve bu, elektronların kütle merkezinin iyonların kütle merkezine göre konumudur, aşırı miktarda sistemin bir tarafının pozitif yükü (x'e paralel yönde sonlu boyut olduğu varsayılır) ve karşı tarafta fazla negatif yük. Bu aşırı yükler , sıfıra düşme eğiliminde olan bir geri yükleme kuvveti oluşturur .
Orada hiçbir Ancak, enerji dağıtım , toplam mekanik enerji muhafaza edilen, elektron kütle merkezi "olarak adlandırılan bir pulsasyon salınacaktır plazma pulsasyon " .
Metalin yön boyunca sınırlı ve dikey yönlerde sonsuz olduğunu varsaydığımız durumda , fazla yükün yarattığı elektrik alanını hesaplamak için Gauss teoremini kullanarak plazma pulsasyonunu hesaplayabiliriz .
Fazla yüklerin bir elektrik alanı oluşturduğunu bulduk: elektron yoğunluğu nerede ,
bir atımlı plazmaya açar,: .
Elektron dinamiğinin kuantum karakterini hesaba katmak için , dielektrik sabitini hesaplamak için rastgele faz yaklaşımı ve doğrusal yanıt teorisi kullanılır .
Plazma salınımları, kuantum hesaplaması plazma salınımları için klasik frekansı döndürdüğünde elde edilir. Ayrıca, bir dalga vektörü için plazma salınımlarının olduğunu gösterir :
burada bir Fermi hızı elektron. Faktör , rastgele fazın yaklaşıklığından gelir. Daha kesin yaklaşımlar, öndeki faktöre düzeltmeler verir .
Plazma salınımları, plazmon adı verilen ölçülü parçacıklar gibi davranır.
Bu parçacıkların enerjileri aralığında olduğu için metal eV, dengedeki bir metal hiçbir plazmonlar vardır. Bununla birlikte, yeterince ince bir metalik filmi bombardıman etmek için elektronlar veya X-ışınları kullanarak plazmonların modlarını harekete geçirmek mümkündür . Elektronlar veya X fotonları, algılanmalarına izin veren plazmonlara enerji verebilir.
Şimdiye kadar sadece üç boyutlu durumdan bahsettik. Bununla birlikte, iki boyutlu (örneğin arayüzlerle veya AlAs / GaAs kuantum kuyularında) veya tek boyutlu (kuantum telleri) elektron gazları üretmek mümkündür . İki boyutlu durumda, plazmonların dağılımı şekildedir ve şeklin tek boyutlu durumundadır .
Yüzey plazmon rezonansının eski ilkelerine dayanan , ancak 1980'lerden beri mevcut olan tekniklerle, sensörler ve biyosensörler , kimyasal ve biyolojik tespit alanında yüzey plazmon rezonansı fenomenini kullanır . Kullanılan ilke, iyi koşullar altında, ince bir metal filmin yansıtıcılığının, kenarlarından birinin ortasındaki optik değişikliklere çok duyarlı olmasıdır. Bunun nedeni, yüzey plazmonlarının sınır koşullarına duyarlı problar olmasıdır. Bu etki, gaz veya ince film algılama dahil olmak üzere çeşitli şekillerde kullanılabilir. Örneğin, biyolojik nesnelerin ( örneğin sitokrom ) veya canlı patojenik bakterilerin varlığını neredeyse gerçek zamanlı olarak saptamak, protein zarlarının fiziksel ve biyolojik özelliklerini incelemek ve pestisitleri saptamak da mümkündür.
Plazmonların absorpsiyon ve emisyon zirvelerinin yeri ve yoğunluğu, moleküler adsorpsiyondan etkilenir . Bu gerçek, moleküler sensörlerde iyi bir şekilde kullanılabilir. Örneğin, bir altın tabakasının emilmesindeki değişikliklerin tespitine dayalı olarak, sütteki kazeinin tespiti için operasyonel bir prototip mevcuttur.
Metal nanopartikül yüzey plazmonları , farklı molekül türlerini ( proteinler vb.) Tespit etmek için kullanılabilir . Temel araştırmalar, örneğin, plazmonların karmaşık nanoyapılar ile etkileşimiyle de ilgilenmektedir.
Plasmons , potansiyel olarak çok daha yüksek frekanslarla (yaklaşık 100 THz) bilgisayar çiplerinde bilgi aktarmayı mümkün kılar . Plasmon bazlı elektronikler için, halihazırda icat edilmiş olan plasmonster transistörün analogunu geliştirmeye çalışıyoruz .
Mart ayında 2010 , S. Assefa ve onun ekibi IBM yeni oluşturulmasını bildirdi fotodetektörlere ultra hızlı ve sessizce ( nanofotonik çığ fotoalıcılar nanofotonik exaflop bilgisayar için yol açarak). "Şu anda tüm cihazlarımızı bir mikroişlemciye ve transistörlere entegre etmeye çalışıyoruz."
Of fotodetektörlere çok küçük (nanometre) "son elemanı olabilir kutu nanofotonik araçları yüksek performans üreten cips ve bilgisayarlara".
Yüzey plazmonları, üzerinde yayıldıkları malzemelerin özelliklerine duyarlı olduklarından, kolloid üzerindeki tek tabakalı filmlerin kalınlığını ölçmek için kullanılmıştır .
Nükleik asitlerin programlanabilir kendi kendine birleşmesi, hassas özel nesnelerle üretilebilir ve nanometrik plazmonlar etkinleştirilir (laboratuvar), litografi ile metalik nanoyapıların yapımını yüksek çözünürlüklü veya nano litografi veya DALI olarak bilinen DNA destekli litografi ile geliştirir). Mikroskop de onların son derece küçük dalga yararlanabilir. Bu nedenle, metalik bir plazmon yanıtı olan nano üretim kiral şekillendirilmiş ve nano anten yay bir sahiptir Raman spektroskopisi geliştirilmiş bir yüzey. Belki DALI bir gün, programlanmış plazmonik özelliklere sahip metalik nano yapıların büyük ölçekli üretimini sağlayabilir.
Son olarak, yüzey plazmonları ışığı çok küçük boyutlarda sınırlama konusunda eşsiz bir yeteneğe sahiptir. Bu, yeni uygulamalara ilham verebilir.
Koreli araştırmacılar 2009 yılında bu plazmonları kullanarak organik ışık yayan diyotların verimliliğini artırdılar.
"PRIMA" adlı 3 yıllık bir Avrupa projesi (güneş pillerinin soğurulmasını iyileştirmek için Plasmon Rezonansı ) IMEC liderliğindeki araştırmacıların, güneş pillerinin verimliliğini artırmalarına ve plazmonik etkiler kullanarak metalik nanoyapıları dahil ederek maliyetlerini düşürmelerine olanak sağladı . Bu, çeşitli güneş pilleri türleri için geçerlidir: kristal silikon (c-Si), yüksek performanslı III-V, organik, ışığa duyarlı pigment hücreleri .