表面等离子体

表面等离子体（SPs）是存在于任何两种材料之间的界面上的相干脱域电子振荡，在这种界面上，介电函数的实部会改变符号（例如，金属-介电界面，如空气中的金属片）。

表面质子的能量低于体质（或体积）质子，体质质子是指在电子气体（或等离子体）中围绕正离子核心的纵向电子振荡的数量。

表面质子的电荷运动总是在金属外部（以及内部）产生电磁场。

总的激发，包括电荷运动和相关的电磁场，被称为平面界面的表面等离子体极子，或小颗粒封闭表面的局部表面等离子体。

表面质子的存在是由鲁弗斯-里奇在1957年首次预测的。

在随后的20年里，许多科学家对表面质子进行了广泛的研究，其中最重要的是20世纪50年代和60年代的Turbadar，以及60年代和70年代的E. N. Economou, Heinz Raether, E. Kretschmann, 和A. Otto。

在纳米级结构中的信息传输，类似于光子学，通过表面质子的方式，被称为质子学。

表面等离子体极子可以被电子或光子激发。在光子的情况下，它不能直接进行，而是需要一个棱镜，或光栅，或金属表面的缺陷。

在低频率下，SPP接近于Sommerfeld-Zenneck波，其中的色散关系（频率和波矢之间的关系）与自由空间中相同。在较高的频率下，色散关系弯曲，达到一个渐进极限，称为等离子体频率。更多细节见表面等离子体极子。

当SPP沿表面传播时，它由于吸收而向金属失去能量。它也可以由于散射到自由空间或其他方向而失去能量。电场在垂直于金属表面的方向上逐渐下降。在低频率下，SPP对金属的穿透深度通常用趋肤深度公式来近似计算。

在电介质中，电场的衰减要慢得多。SPPs对皮层深度内的轻微扰动非常敏感，正因为如此，SPPs经常被用来探测表面的不均匀性。

局部表面质子产生于小型金属物体，包括纳米粒子。由于系统的平移不变性已经丧失，所以不能像SPP那样用波矢描述。也不像SPPs中的连续色散关系，粒子的电磁模式是离散的。

LSPs可以通过入射波直接被激发；与LSP模式的有效耦合对应于共振，可以归结为吸收和散射，同时增加局部场的增强。LSP共振在很大程度上取决于粒子的形状；球形粒子可以通过米氏理论进行分析研究。

表面质子的激发经常用于一种被称为表面质子共振（SPR）的实验技术。在SPR中，通过监测棱镜耦合器的反射功率作为入射角度或波长的函数来检测表面质子的xxx激发。

这种技术可以用来观察纳米级的厚度变化、密度波动或分子吸收。最近的工作还表明，SPR可以用来测量多层系统的光学指数，而在这种情况下，椭圆测量法无法给出结果。

基于表面等离子体的电路已被提议作为克服光子电路尺寸限制的一种手段，用于高性能数据处理的纳米设备。

在这些纳米设备中动态控制材料的质子特性的能力是其发展的关键。最近，一种利用质子-质子相互作用的新方法已经被证明。在这里，大量的质子共振被诱导或抑制以操纵光的传播。

这种方法已被证明在纳米级光操纵和开发完全兼容CMOS的电光质子调制器方面具有很大的潜力，据说这将是未来芯片级光子电路的一个关键组成部分。

其他一些表面效应，如表面增强拉曼散射和表面增强荧光是由贵金属的表面质子引起的，因此基于表面质子的传感器被开发出来。

在表面二次谐波产生中，二次谐波信号与电场的平方成正比。由于表面质子导致非线性光学效应，电场在界面上更强。