具有空间电荷效应的等离激元激发波函数

本文利用支配集体 Langmuir 电子振荡动力学的一维受驱动量子耦合赝力系统，研究了各种空间电荷分布对具有任意简并度与电子流体温度的近自由电子气等离激元激发的影响。基于从 Schrödinger-Poisson 模型导出的受驱动耦合赝力系统的稳态解，本文给出了在任意空间电荷分布存在时集体激发的巨波函数的广义闭式解析表达式。本文研究了若干特殊情形下的波函数与静电势分布，例如 Heaviside 电荷分布、Dirac 电荷片、一维等离激元晶格中的杂质电荷片，以及在等离激元学与凝聚态物理中有特定应用的 Kroning-Penney Dirac 电荷分布。值得注意的是，研究发现两个平行的 Dirac 带电薄片能够将内部任意给定能量值的等离激元激发与外部静电场和电荷密度完全屏蔽。研究还发现，在完美的 1D 等离激元晶体中，即使存在弱带电杂质层，也会深刻破坏晶格的周期性静电场，从而破坏固体能带理论中所考虑的波函数的 Bloch 特性。当前对存在静态电荷分布的任意简并电子气中电子激发的研究，可用于为多种真实物理情形建立解析模型。它也有助于纳米技术与等离激元学等快速发展的领域的进一步发展。