等离体子(Plasmon)是等离子体震荡的量子,等离体子是从等离子体震荡
量子化而产出的
准粒子,正如
光子和
声子分别是光和机械震动的量子化一样(尽管光子是
基本粒子而不是准粒子)。因此,等离体子是自由电子气密度的集体震荡。例如,在光学频率上,等离体子可以和光子偶合来创造另一种叫作等离体子-
电磁极化子的准粒子。
金属中带正荷的
原子实和
电子气体可视为
密度很高的
等离子体,在
宏观尺度上
电子密度是均匀的,而在
微观尺度上
电子密度有
涨落。当某一处电子密度低于平均密度时,未被抵消的背景正电荷会将电子吸引向它的周围,导致该处电子过多,在电子间
库仑排斥力起作用下,电子再度
分离,
等离子体振荡即是如此反复所形成纵向的集体
振荡。振荡
频率ωp的
平方与电子密度n成正比。等离体子hωp的
数值,约为几个到几十个
电子伏。常温
热运动能量仅1/40
电子伏,不可能
激发等离体子,所以金属的等离子体振荡总是处在
基态。如果用
能量约千
电子伏的
电子束透射金属
薄膜,电子会提供足够大的能量激发等离体子,电子束中部分电子损失的能量就是hωp的整倍数。由实验
测量电子束
能量损失谱,便可确定hωp的实验值。由于电子间
库仑作用长程部分成为等离子体振荡的
驱动 力,电子间
库仑作用剩下的是
短程部分。此外,电子间
排斥作用阻止其他电子接近,故在一个电子的邻区,罩着一层所谓的
正电的云,削弱电子的排斥作用。这就是
屏蔽效应。这样每个电子总是带着它的
屏蔽云一起运动,这种
组合叫作
准电子。准电子之间的
相互作用是短程的屏蔽
库仑排斥作用。
等离体子可用
自由电子密度相对金属中固定的
正离子振荡经典图像来描述。可设想放在指向右方的外电场下的一块金属,电子会向左边运动,直到与金属内的电场相抵消。如电场移去,电子又向右移,也受到原来留在右边的正离子吸引。这样,
电子密度用
等离子体频率振荡。等离体子就是这类振荡的量子化。
等离体子对金属
光学性质起重要作用;当
光频低于等离体子频率时,
光被
反射。因为金属中的电子
屏蔽了光的
电场。如光的频率高于等离体子的频率,则光可透过金属,因为电子来不及反应去屏蔽光。大多数金属的等离体子频率在紫外,因此,在
可见光范围,它们是
光亮(光被反射)的。