4.5 Плазмоны и фононы
Мы можем связать эти два явления, потому что оба они являются примерами коллективных колебаний. Мы можем рассмотреть плазмоны как аналог звуковых волн, так как они являются продольными колебаниями свободного электронного газа, которые создают области различной плотности электронов, как схематически показано на рисунке 4.9. Эти колебания затухают менее чем за фемтосекундный интервал, и волна локализуется в пространстве примерно <10 нм. Если вернуться к рисунку 4.1, можно увидеть, что процесс генерирования плазмонов имеет наибольшее сечение, так что этот процесс является наиболее распространенными неупругими взаимодействиями, происходящими в материале. Плазмонов могут наблюдаться в любом материале со слабо связанными или свободными электронами, но они происходят преимущественно в металлах, особенно таких, как алюминий, которые имеют большую поверхность Ферми и, следовательно, высокую концентрация свободных электронов. Колебания плазмонов квантуются и длина свободного пробега для плазмона составляет около 100 нм. Квантование плазмонов делает измерение возбуждаемых плазмонов полезным способом для измерения толщины образца. Кроме того, энергия плазмонов является функцией от концентрации свободных электронов, являющейся величиной чувствительной к изменению химического состава. Таким образом, возбуждение плазмонов является химически зависимым, однако редко используется для элементного анализа.
