表面等离子体波及其损耗的普适宏观理论
介观与纳米尺度物理
2019-05-02 v6
摘要
近来，我们揭示了金属因表面等离子体波（SPWs）导致的一种本征不稳定性，并提出了利用其产生无损耗SPWs的前景。这一反直觉的发现引人发问：鉴于该课题的悠久历史，为何此前未披露此不稳定性？若此不稳定性确实存在，它离现实有多远？本工作致力于回答这些问题。为此，我们推导了适用于任意类型电子动力学（无论局域或非局域、经典或量子力学）的SPWs统一宏观理论。依据该理论，我们分析了SPWs在若干电子动力学模型下的行为，包括广泛使用的局域介电模型（DM）、流体动力学模型（HDM）和镜面反射模型（SRM），以及较少见的半经典模型（SCM）。我们发现，要揭示该不稳定性，必须（i）自洽地处理表面效应而不施加任何通常的辅助条件，且（ii）在电子动力学中纳入平移对称性破缺效应。就我们所知，现有工作无一同时满足（i）和（ii）。为评估实现该不稳定性的可能性，我们分析了两个极重要的因素：与金属界面的电介质以及带间跃迁，二者在我们近期工作中均被忽略。尽管带间吸收——连同Landau阻尼——对该不稳定性不利，电介质却使其更易发生。甚至可在银等常见等离子体材料中于并不苛刻的条件下实现它。
引用
@article{arxiv.1712.06101,
title = {A universal macroscopic theory of surface plasma waves and their losses},
author = {Hai-Yao Deng},
journal= {arXiv preprint arXiv:1712.06101},
year = {2019}
}
备注
16 pages, 6 figures, title changed, rewrite of the Introduction and abstract, restructuring, Fig. 2 deleted, Appendix B added, more references added, material in Sec. VI has some overlap with arXiv:1706.03404 (not to be submitted)