等離體子

等離體子（Plasmon）是電漿震盪的量子，等離體子是從電漿震盪量子化而產出的準粒子，正如光子和聲子分別是光和機械震動的量子化一樣（儘管光子是基本粒子而不是準粒子）。因此，等離體子是自由電子氣密度的集體震盪。例如，在光學頻率上，等離體子可以和光子偶合來創造另一種叫作等離體子-電磁極化子的準粒子。

由於等離體子是經典電漿震盪的量子化，它們的大多數性質可以直接從麥克斯韋方程中導出。

基本介紹

• 中文名：電漿
• 外文名：plasmon
• 性質：準粒子
• 原型：電漿
• 性質：自由電子氣在光頻的集體振盪
• 推導：麥克斯韋方程

概念解釋

金屬中帶正荷的原子實和電子氣體可視為密度很高的電漿，在巨觀尺度上電子密度是均勻的，而在微觀尺度上電子密度有漲落。當某一處電子密度低於平均密度時，未被抵消的背景正電荷會將電子吸引向它的周圍，導致該處電子過多，在電子間庫侖排斥力起作用下，電子再度分離，電漿振盪即是如此反覆所形成縱向的集體振盪。振盪頻率ω_p的平方與電子密度n成正比。等離體子hω_p的數值，約為幾個到幾十個電子伏。常溫熱運動能量僅1/40電子伏，不可能激發等離體子，所以金屬的電漿振盪總是處在基態。如果用能量約千電子伏的電子束透射金屬薄膜，電子會提供足夠大的能量激發等離體子，電子束中部分電子損失的能量就是hω_p的整倍數。由實驗測量電子束能量損失譜，便可確定hω_p的實驗值。由於電子間庫侖作用長程部分成為電漿振盪的驅動 力，電子間庫侖作用剩下的是短程部分。此外，電子間排斥作用阻止其他電子接近，故在一個電子的鄰區，罩著一層所謂的正電的雲，削弱電子的排斥作用。這就是禁止效應。這樣每個電子總是帶著它的禁止雲一起運動，這種組合叫作準電子。準電子之間的相互作用是短程的禁止庫侖排斥作用。

理論詮釋

等離體子是由電漿振盪量子化而產生的準粒子，因此，等離體子是自由電子氣在光頻的集體振盪。等離體子能和光子耦合而產生另一種稱為電漿極化激元子（Plasma polariton）。

由於等離體子是經典電漿振盪，它的大部性質都可直接由麥克斯韋方程推導出來。

等離體子可用自由電子密度相對金屬中固定的正離子振盪經典圖像來描述。可構想放在指向右方的外電場下的一塊金屬，電子會向左邊運動，直到與金屬內的電場相抵消。如電場移去，電子又向右移，也受到原來留在右邊的正離子吸引。這樣，電子密度用電漿頻率振盪。等離體子就是這類振盪的量子化。

等離體子對金屬光學性質起重要作用；當光頻低於等離體子頻率時，光被反射。因為金屬中的電子禁止了光的電場。如光的頻率高於等離體子的頻率，則光可透過金屬，因為電子來不及反應去禁止光。大多數金屬的等離體子頻率在紫外，因此，在可見光範圍，它們是光亮（光被反射）的。