表面等离子体共振

表面等离子体共振（SPR）是指光入射到平坦表面时激发表面等离子体的状态，这称为局域表面等离子体共振（LSPR）。

这种现象被用作标准测量原理来测量样品在金属表面（尤其是金或银）或金属纳米粒子上的吸附情况。特别是生物传感器、芯片实验室传感器和它是一个原理广泛应用于硅藻土光合作用等。

还正在尝试通过使用表面等离子体共振来提高太阳能电池的效率。

表面等离子体极性是一种非辐射性电磁表面波，沿平行于负介电常数/介电材料界面的方向传播。由于该波处于导体与外部介质（空气、水、真空等）的边界处，这些波的特点是分子在导电表面上的吸附。

表面等离子体共振对界面的任何变化非常敏感。

表面等离子体激元的存在和特性可以用量子理论、德鲁德模型等多种模型来解释，其中最简单的方法是将每种材料视为均匀连续体，这是外部介质与外部介质之间依赖于频率的相对关系。表面。这个量称为材料的介电函数，是复介电常数。为了解释电子表面等离子体激元的存在，导体介电常数的实部必须为负，并且其大小必须大于对于金属和水/金属界面，在红外可见波长区域满足该条件（此时金属的实际介电常数为负，空气或水的介电常数为正）。

局域表面等离子体共振是光激发的金属纳米粒子的集体电子电荷振荡。这些振荡在共振波长处表现出增强的近场振幅。这些场非常局域于纳米粒子，并且粒子的远场散射也取决于然而，它在纳米粒子/介电界面处迅速衰减到介电背景中。光强度增强是局域表面等离子体共振的一个非常重要的方面，而局域化意味着局域表面等离子体共振具有非常高的空间分辨率（亚波长），仅受限于由于场幅增强，局域表面等离子体共振也增强了幅值相关效应，如磁光效应。

以共振方式激发表面等离子体激元，有电子轰击或粒子束（一般为可见光和红外）等方法，入射光束必须与等离子体激元的动量相匹配，在S偏振的情况下（此时，偏振发生垂直于入射面），可以通过使光线穿过玻璃块来增加波数和动量，并在给定的波长和角度下实现共振。在这种情况下，不可能激发电子表面等离子体。支持表面等离子体激元的常见金属是银和金，但也使用了铜、钛或铬等金属。

使用光激发 SP 波时，有两种众所周知的配置。在自动对准中，光照射玻璃块（通常是棱镜）的壁，并发生全内反射。将薄金属膜（例如金）放置在靠近玻璃块的壁上。足以使棱镜壁衰减。该场可以与表面上的等离子体波相互作用以激发等离子体激元。

在克拉施曼排列（Kreischmann-Letter排列）中，金属薄膜蒸发到玻璃块上。光线再次照射在玻璃块上，倏逝波穿过金属薄膜。等离激元在薄膜外部被激发。这种配置有实际应用很多，在程序中用到。

当表面等离激元波与局部颗粒或不规则物体（例如粗糙表面）相互作用时，一些能量可以以光的形式重新发射。这种发射的光可以在金属薄膜后面的各个方向上被检测到。