表面等离激元.ppt

表面等离激元 Surface plasmon polaritons, SPPs;;巴黎圣母院的玫瑰窗; 五十年代，为了解快速电子穿过金属箔时的能量损失，人们进行了大量的实验和理论工作。Pine和Bohm认为，其中能量损失的部分原因是激发了金属箔中电子的等离子体振动（Plasma oscillation），又称为等离子体子（plasmon）。 Ritchie从理论上探讨了无限大纯净金属箔中由于等离子体振动而导致的电子能量损失，同时也考虑了有限大金属箔的情况，指出：不仅等离子体内部存在角频率为 的等离子体振动，而且在等离子体和真空的界面，还存在表面等离子体振动（Surface plasma oscillation），其角频率为 。 Powell和Swan 用高能电子发射法测定了金属铝的特征电子能量损失，其实验结果可用Ritchie的理论来解释。 Stern和Ferrell将表面等离子体振动的量子称为表面等离子体子(Surface plasmon)，研究了金属表面有覆盖物时的表面等离子体振动，发现金属表面很薄的氧化物层也会引起这种振动的明显改变。他们还预言：由于表面等离子体振动对表面涂层的敏感，那么通过选择合适的涂层，表面特征能量损失的值会在一定范围内发生变化。 ; 在金属中，价电子为整个晶体所共有，形成所谓费米电子气。价电子可在晶体中移动，而金属离子则被束缚于晶格位置上，但总的电子密度和离子密度是相同的，从整体来说金属是电中性的。人们把这种情况形象地称为“金属离子浸没于电子的海洋中”。这种情况和气体放电中的等离子体相似，因此可以把金属看作是一种电荷密度很高的低温（室温）等离子体，而气体放电中的等离子体是一种高温等离子体，电荷密度比金属中的低。;等离子体振荡;表面等离子体;Surface plasmons (SPs);Schematic representation of an electron density wave propagating along a metal – dielectric interface. The charge density oscillations and associated electromagnetic fields are called surface plasmon-polariton waves. The exponential dependence of the electromagnetic field intensity on the distance away from the interface is shown on the right. These waves can be excited very efficiently with light in the visible range of the electromagnetic spectrum.;表面等离激元( Surface Plasmon Polaritons，SPPs)是光和金属表面的自由电子相互作用所引起的一种电磁波模式，或者说是在局域金属表面的一种自由电子和光子相互作用形成的混合激发态。在这种相互作用中,自由电子在与其共振频率相同的光波照射下发生集体振荡。它局限于金属与介质界面附近,沿表面传播,并能在特定纳米结构条件下形成光场增强，这种表面电荷振荡与光波电磁场之间的相互作用就构成了具有独特性质的SPPs。 早在一百年前,人们就认识到贵金属(合金)纳米颗粒在可见光区表现出很强的宽带光吸收特征。这种现象实质上是由于费米能级附近导带上的自由电子在电磁场的驱动下在金属面发生集体振荡,产生所谓局域表面等离激元;共振状态下电磁场的能量被有效地转变为金属表面自由电子的集体振动能。 ;当光波(电磁波)入射到金属与介质分界面时，金属表面的自由电子发生集体振荡，电磁波与金属表面自由电子耦合而形成的一种沿着金属表面传播的近场电磁波，如果电子的振荡频率与入射光波的频率一致就会产生共振，在共振状态下电磁场的能量被有效地转变为金属表面自由电子的集体振动能，这时就形成的一种特殊的电磁模式：电磁场被局限在金属表面很小的范围内并发生增强，这种现象就被称为表面等离激元现象。 目前, SPPs已经被应用于生物、化学、传感、光电子集成器件等多个领域。实际应用中, 只有当结构尺寸可以与SPPs传播距离相比拟时, SPPs特性和效应才显露出来, 有时候也用表面等离子体共振( Surface Plasmon Resonance, SPR)技术来描述其相关特性。 ;Surface plasmon polaritons(SPPs);Surface plasmons (not SPPs), oc