Высокочастотные поляритонные волны на границе металл-вакуум

Электpонные свойства металлов и сплавов

Анотація

Изучены некоторые новые аспекты задачи о линейных электромагнитно-плазменных колебаниях на плоской границе раздела металл-вакуум. Анализ выполнен на основе уравнений Максвелла для электрического и магнитного полей, дополненных уравнением гидродинамики для электронной плазмы металла. Эта система уравнений допускает существование ранее не обсуждавшихся специфических собственных длинноволновых неоднородных колебательных состояний поляритонного типа (E-волн) с частотами w порядка плазменной частоты w_p электронов проводимости, в которых колебания магнитного поля поляризованы в плоскости границы раздела и перпендикулярны направлению их распространения вдоль границы. Такие волны являются результатом гибридизации на границе металл-вакуум продольных волн электронной плотности (плазмонов) металла с поперечными колебательными модами (фотонами) металла и вакуума. В частности, показано, что возбуждение в объеме металла плазмонов сопровождается появлением локализованной вблизи поверхности электромагнитной волны, состоящей из смеси металлических и вакуумных фотонов. Данная неоднородная волна имеет закон дисперсии объемных плазмонов и существует в характерной для них полосе частот w_p < w < √2̅w_p, при этом характерные значения параметра локализации имеют величину порядка c/w_p (c - скорость света в вакууме). Для стандартных металлов этот параметр имеет значения 10-50 нм, поэтому роль таких колебательных состояний может оказаться существенной при описании электромагнитных резонансов и радиационных явлений в металлических наноструктурах.