Plasma oscillations, also known as Langmuir waves (after Irving Langmuir), are rapid oscillations of the electron density in conducting media such as plasmas or metals in the ultraviolet region. The oscillations can be described as an instability in the dielectric function of a free electron gas. The frequency depends only weakly on the wavelength of the oscillation. The quasiparticle resulting from the quantization of these oscillations is the plasmon.
Langmuir waves were discovered by American physicists Irving Langmuir and Lewi Tonks in the 1920s. They are parallel in form to Jeans instability waves, which are caused by gravitational instabilities in a static medium.
Consider an electrically neutral plasma in equilibrium, consisting of a gas of positively charged ions and negatively charged electrons. If one displaces by a tiny amount an electron or a group of electrons with respect to the ions, the Coulomb force pulls the electrons back, acting as a restoring force.
If the thermal motion of the electrons is ignored, it is possible to show that the charge density oscillates at the plasma frequency
(SI units),
(cgs units),
where is the number density of electrons, is the electric charge, is the effective mass of the electron, and is the permittivity of free space. Note that the above formula is derived under the approximation that the ion mass is infinite. This is generally a good approximation, as the electrons are so much lighter than ions.
Proof using Maxwell equations. Assuming charge density oscillations the continuity equation:
the Gauss law
and the conductivity
taking the divergence on both sides and substituting the above relations:
which is always true only if
But this is also the dielectric constant (see Drude Model)
and the condition of transparency (i.e. from a certain plasma frequency and above), the same condition here apply to make possible also the propagation of density waves in the charge density.
This expression must be modified in the case of electron-positron plasmas, often encountered in astrophysics.
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Following an introduction of the main plasma properties, the fundamental concepts of the fluid and kinetic theory of plasmas are introduced. Applications concerning laboratory, space, and astrophysica
Introduction à la physique des plasmas destinée à donner une vue globale des propriétés essentielles et uniques d'un plasma et à présenter les approches couramment utilisées pour modéliser son comport
En physique, la fréquence plasma, ou fréquence de Langmuir, ou encore pulsation plasma, est la fréquence caractéristique des ondes de plasma, c'est-à-dire des oscillations des charges électriques présentes dans les milieux conducteurs, comme le métal ou les plasmas. À l'image de l'onde électromagnétique qui, quantifiée, est décrite par des photons, cette onde de plasma est quantifiée en plasmons.
thumb|upright|Le soleil est une boule de plasma. thumb|Lampe à plasma.|168x168px thumb|upright|Les flammes de haute température sont des plasmas. L'état plasma est un état de la matière, tout comme l'état solide, l'état liquide ou l'état gazeux, bien qu'il n'y ait pas de transition brusque pour passer d'un de ces états au plasma ou réciproquement. Il est visible sur Terre, à l'état naturel, le plus souvent à des températures élevées favorables aux ionisations, signifiant l’arrachement d'électrons aux atomes.
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.
Learn the basics of plasma, one of the fundamental states of matter, and the different types of models used to describe it, including fluid and kinetic.
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The need of durable, economically acceptable and safe energy sources continues to stimulate studies in a field of thermonuclear fusion. The most successful solution for controlled magnetic fusion is t
This thesis studies apertureless Scanning Near Field Optical Microscopy, a technique that uses the apex of a very sharp tip to obtain local optical information with lateral resolution much beyond the