Plasmon

Dans un métal, un plasmon est une oscillation de plasma quantifiée. Les oscillations de plasma d'un métal peuvent etre comprises dans le cadre d'une théorie classique.



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Physique de la matière condensée - Physique quantique - Plasma

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  • Un plasmon est une oscillation de plasma quantifié d'égie. Ô et d'impulsion. Pour observer... electron ayant excite un seul plasmon.... (source : cpgemaroc.free)
  • En outre, la géométrie de la résonance de plasmon est régie par le .... Un plasma est globalement neutre. Si on déplace une charge de manière à ce que la... rappel sur les électrons en les obligeant à osciller tous à la même fréquence :... (source : deamc.free)

Dans un métal, un plasmon est une oscillation de plasma quantifiée. Les oscillations de plasma d'un métal peuvent etre comprises dans le cadre d'une théorie classique. Si on suppose que les ions sont fixes, et que les électrons peuvent se déplacer en bloc, et que x est la position du centre de masse des électrons comparé au centre de masse des ions, quand x\ne 0, il existe un excès de charges positives d'un coté du dispositif (supposé de dimension finie dans la direction parallèle à x) et un excès de charge négative du coté opposé. Ces excès de charges forment une force de rappel qui tend à ramener x à zéro. Cependant, s'il n'y a pas de dissipation, l'énergie mécanique totale étant conservée, le centre de masse des électrons va effectuer des oscillations à une pulsation nommée pulsation plasma ωp. Dans le cas où on suppose que le métal est limité le long de la direction x, et illimité dans les directions perpendiculaires, on peut calculer la pulsation plasma en utilisant le théorème de Gauss pour calculer le champ électrique créé par les excès de charge. On trouve que les excès de charges créent un champ électrique :  E=-\frac{n e x}{\epsilon_0}, où n est la densité d'électrons, ce qui conduit à une pulsation plasma :

\omega_p=\sqrt{\frac{n eˆ2 }{\epsilon_0 m}}

Pour tenir compte du caractère quantique de la dynamique des électrons, on utilise l'approximation de la phase aléatoire et la théorie de la réponse linéaire pour calculer la constante diélectrique ε (q, ω) . Les oscillations de plasma sont obtenues quand le calcul quantique redonne la fréquence classique pour les oscillations de plasma. Il montre aussi qu'il existe des oscillations de plasma pour un vecteur d'onde q\ne 0, avec :

\omega(q)=\omega_p\left[1+\frac{3}{10}\frac{qˆ2 v_Fˆ2}{\omega_pˆ2}\right]

vF est la vitesse de Fermi des électrons. Le facteur 3 / 10 vient de l'approximation de la phase aléatoire. Les approximations plus précises donnent des corrections au facteur devant q2.

Les oscillations de plasma se comportent comme des particules quantifiées nommées plasmons. Comme les énergies de ces particules sont de l'ordre de 10 à 20 eV dans les métaux, il n'existe pas de plasmons dans un métal à l'équilibre. Il est cependant envisageable d'exciter les modes de plasmons en utilisant des électrons ou des rayons X pour bombarder un film métallique suffisamment fin. Les électrons ou les photons X peuvent céder de l'énergie aux plasmons ce qui permet leur détection.

Jusqu'ici, nous n'avons parlé que du cas tridimensionnels. Il est cependant envisageable de réaliser des gaz d'électrons bidimensionnels (par exemple avec des interfaces Si / SiO2 ou dans des puits quantiques AlAs/GaAs) ou unidimensionnels (fils quantiques). Dans le cas bidimensionnel, la dispersion des plasmons est de la forme \omega(q)\sim \mid q\midˆ{1/2} et dans le cas unidimensionnel de la forme \omega(q)\sim \mid q ˆ2 \ln (q/q_c) \midˆ{1/2}.

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