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Concept
Plasmon
Résumé
Dans un métal, un plasmon est une oscillation de plasma quantifiée, ou un quantum d'oscillation de plasma.
Le plasmon est une quasiparticule résultant de la quantification de fréquence plasma, tout comme le photon et le phonon sont des quantifications de vibrations respectivement lumineuses et mécaniques.
Ainsi, les plasmons sont des oscillations collectives d'un gaz d'électrons, par exemple à des fréquences optiques.
Le couplage d'un plasmon et d'un photon crée une autre quasiparticule dite plasma polariton.
Depuis que les plasmons sont définis comme la quantification des oscillations de plasma classique, la plupart de leurs propriétés peuvent être calculées directement à partir des équations de Maxwell.
Les oscillations de plasma d'un métal peuvent être 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 est la position du centre de masse des électrons par rapport au centre de masse des ions, lorsque , il existe un excès de charge positive d'un côté du système (supposé de dimension finie dans la direction parallèle à x) et un excès de charge négative du côté opposé. Ces excès de charges constituent une force de rappel qui tend à ramener 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 appelée « pulsation plasma » .
Dans le cas où on suppose que le métal est limité le long de la direction , et infini 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 :
où est la densité d'électrons,
ce qui conduit à une pulsation plasma :
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 .
Source officielle
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