نویسنده و پژوهشگر: دکتر ( افشین رشید)
پلاسمونیک بر اساس فرآیند برهم کنش بین امواج الکترومغناطیسی و الکترون های رسانش در فلزات با ابعاد نانو بیان شده است
به صورت تحلیلی دلیل افت سریع انرژی الکترون ها در عبور از فلزات میباشد و نتیجه گرفت این انرژی صرف حرکت تجمعی و نوسان گونه الکترون های آزاد فلز می شود و آن را پلاسمون نامید. دلیل این نام گذاری شباهت این نوسانات الکترون ها با نوسان های ذرات محیط پلاسما بود. به اصطلاح عبارت پلاریتون را برای نوسان الکترون های مقید فلز در حالت جفت شدگی با فونون های پرتو فرودی به کار میرود. نام پلاریتون برای شبه ذراتی که نیم ماده و نیم فوتون بودند، بکار گرفته شد که حالت تزویج شده بین یک فوتون پرتو تحریک کننده ابتدایی و الکترون های رسانش فلز است و اصطلاح پلاسمون پلاریتون (Plasmon Polariton) برای بیان علت تزویج شده بین یک فوتون و یک پلاسمون است.
-علم پلاسمونیک به قسمت تقسیم میشود:
پلاسمونیک به دو جز تقسیم می شود که هرکدام از آنها کاربردی از فلزات و امواج الکترومغناطیسی در مشخصات نانومتری در ساختار های دو بعدی ، تک بعدی و حتی صفر بعدی است. این دو حوزه عبارتند از:
- پلاسمون های سطحی موضعی (Localized Surface Plasmon)
- پلاسمون پلاریتون های سطحی(Surface Plasmon Polariton)
۱-۲-پلاسمون های سطحی موضعی (Localized Surface Plasmon)
تشدید پلاسمون های سطحی، نوسان های هماهنگ و تجمعی الکترون های فلزی است که توسط پرتو تابشی تحریک شده است.
شرط نوسان به این صورت است که فرکانس فوتون های پرتو تابش شده با فرکانس طبیعی الکترون های سطحی (که برای غلبه بر نیروی هسته مرکزی است) یکسان شود. تشدید پلاسمون های سطحی در ساختار های با ابعاد نانومتری، تشدید پلاسمون های سطحی موضعی ( Localized Surface Plasmon Resonance ) نامیده می شود.
پلاسمون های سطحی موضعی، تحریک غیر انتشاری الکترون های باند هدایت نانو ساختار های فلزی است که میدان الکترومغناطیسی به آنها تزویج شده است. امواج پلاسمونیک با استفاده از مسئله پراکندگی از یک نانو ذره هادی که ابعاد آن زیرِ طول موج میدانِ الکترومغناطیسی پرتوتحریکی است، پدید می آید.
برهم کنش یک ذره با اندازه d با امواج الکترومغناطیسی با طول موج λ تحریکی، می تواند به روش های مختلف تحلیلی ، نیمه تحلیلی و عددی بررسی شود. البته در این تحلیل ها این فرض همواره در نظر گرفته می شود که d≪λ، یعنی ابعاد ذره خیلی کوچکتر از طول موج باشد. فاز نوسان هماهنگ میدان الکترومغناطیسی در حجم ذره ثابت فرض می شود.
در تحریک پلاسمون های سطحی موضعی و مشخصات آنها شرایط زیر اثرگذار است:
- خواص الکترونیکی نانو ذره
- ابعاد و شکل نانو ذره
- خواص دمایی نانو ذره
- دی الکتریک احاطه کننده نانو ذره
البته ذکر این نکته حائز اهمیت است که با دور شدن از سطح نانوذره فلزی شدت میدان الکترومغناطیسی ( به طور مشخص شدت میدان الکتریکی ) به صورت نمایی کاهش می یابد.
در این نانو حجم ایجاد شده میدان الکترومغناطیسی به صورت موضعی ، فشرده و بهبود یافته است. تغیرات اندک در دی الکتریکِ اطراف نانو حجم، بر روی تشدید پلاسمون های سطحی اثر می گذارد، به طوری که این تغییرات خود را در میزان پرتو پراکنده شده ، پرتو جذب شده و یا تغییر طول موج آن نشان می دهد. با استفاده از مشخصه های اپتیکی می توان این تغییرات را اندازه گیری کرد. نوسان الکترون های سطحی و میدان الکتریکی اطراف آنها را در تشدید پلاسمون های سطحی موضعی نشان می دهد.
نویسنده و پژوهشگر: دکتر ( افشین رشید)