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横波和纵波 等离子体波与声波进行类比,你了解多少?

更新时间:2024-04-17 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

重新定义这些术语,它们应该是表面等离子体激元( )和等离子体激元( )。or9物理好资源网(原物理ok网)

什么是等离子体? 你可以先看一下我之前的回答,有一个直观的概念。or9物理好资源网(原物理ok网)

在上面的答案中,我们对等离子体波(等离子体激元的经典对应物)和声波进行了类比。 其实,这里有一个问题。 我们知道,实体单元之间的应变引起的应力实际上是一个三维张量,非对角线单元不等于0。 这意味着法向应变也会引起切向应力。 经典力学告诉我们,在这样的介质中会产生三种波——两种横波(振动方向与传播方向垂直)和一种纵波(振动方向与传播方向平行,即密度)波浪)。 然而,我们知道库仑力是一种仅纵向相互作用的力,所以实际上,在固体等离子体(Bulk)中,只有一种纵波模式。 这就是为什么固体中存在三种声学声子,而等离子体激元中只有一种。or9物理好资源网(原物理ok网)

我们知道液体和气体仅纵向相互作用,因此等离子体激元的行为实际上更类似于声波在液体中的传播。 也许您听说过地震波可以分为横波和纵波横波和纵波都可以在陆地上传播,但横波不能在液体中传播。or9物理好资源网(原物理ok网)

关于地震波横波和纵波,请看下面的链接,下面的动画也来自这篇文章。or9物理好资源网(原物理ok网)

横波和纵波or9物理好资源网(原物理ok网)

纵波模式or9物理好资源网(原物理ok网)

横波和纵波or9物理好资源网(原物理ok网)

横波模式or9物理好资源网(原物理ok网)

不过,你可能会有疑问,我们平时看到的水波不就是横波吗?or9物理好资源网(原物理ok网)

横波和纵波or9物理好资源网(原物理ok网)

水波的横向波型or9物理好资源网(原物理ok网)

事实上,这种以横波方式传播的水波并不是在“水中”传播,而是在水面上传播,所以这种波实际上是表面波。 正是因为水与空气接触后表面具有表面张力,因而具有切向力,因此表面波可以具有横波图案。or9物理好资源网(原物理ok网)

上面的例子告诉我们,当一个均质系统被分成两半时,界面处的物理现象会变得更加丰富。 在气液界面,表面张力不仅与液相的性质有关,还与气相的性质有关。 同样,在金属与介质的界面处,由于对称性破缺,会出现更丰富的物理现象。 表面等离子体激元是由于表面上的特殊边界条件而表现出的等离子体激元的特定模式。or9物理好资源网(原物理ok网)

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纯电子振荡的纵波模式表面等离子体激元or9物理好资源网(原物理ok网)

表面等离子体激元也有两种模式(实际上更多,例如多极表面等离子体激元)。 一种是纯粹由电子振荡引起的纵波模式,称为表面等离子体激元(SP); 另一种是与光耦合的横波模式,称为表面等离子体激元(SPP)。or9物理好资源网(原物理ok网)

在电子系统中,不存在像水波一样的表面张力,因此纯电子模式仍然只是纵波模式。 由于它几乎没有横向相互作用,表面等离子体激元引起的电场在穿透界面后迅速衰减,因此仅局域于表面几纳米范围内,因此称为表面等离子体激元。 。or9物理好资源网(原物理ok网)

然而,表面等离子体激元和普通等离子体激元有什么区别,需要单独研究呢? 从图中我们可以看出,由于真空(或介质层)与金属之间介电能力的巨大差异,导致电磁场在介质中和在金属中的穿透深度完全不同横波和纵波,这也导致了这种局部化的现象。表面的图案在能量上与金属体内传播的等离子体激元非常不同。or9物理好资源网(原物理ok网)

只看结论,在简单的枣糕模型中,等离子体激元的能量为omega _p =sqrt{frac{4pi n_e e}{m_e}},与载流子浓度和电子结合在一起与金属质量有关。 但从表面上看,大波矢表面等离子体激元的能量可以写为 omega _{sp}=frac{omega _p}{sqrt{1+}},这不仅与性质有关金属的(反映在 omega _p)物理资源网,也与介电层(反映在 _d)有关。or9物理好资源网(原物理ok网)

具有大波矢的表面等离子体是低能量激发,其能量远离光。 然而,小波矢量的表面等离子体激元的色散与光非常接近,并且是高能激发。 这种高能模式可以耦合到光(宏观上表现为剪切波),从而使其具有剪切波模式。 使用直观但非常宽松的类比,您可以认为表面等离子体激元是浪费时间。 当石头压缩水面时,水的表面波被激发,石头在水面上继续向前移动。 水波随石头前进的图像可以用作等离激元随光传播的直观图像。 。or9物理好资源网(原物理ok网)

这种剪切波模式通常称为表面等离子体激元或 SPP。 因为在等离激元光学领域()几乎没有对与光无关的纯电子模式进行研究,所以这种SPP简称为SP,即表面等离激元,这也是大家经常混淆的一个原因。 事实上,表面等离子体激元被称为极化激元()的主要原因是它们与光耦合。 最早的极化子研究源于TO声子与光的耦合。 但后来人们逐渐发现,不仅TO声子可以与光耦合,等离子体激元和磁振子()也可以与光耦合。 因此,任何与光耦合的集体模式称为极化子,因此具有 和 。or9物理好资源网(原物理ok网)

上面的内容几乎没有讲数学推导。 如果有需要你可以阅读一下。or9物理好资源网(原物理ok网)

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