Kollektive Anregungen von freien Elektronen in Metallen zu Plasmaschwingungen gegen die Ionenrümpfe werden in der Festkörperphysik als Plasmonen bezeichnet. Oberflächenplasmonen sind Oberflächenwellen (Abbildung 1), bei denen die longitudinalen elektronischen Schwingungen parallel zur Oberfläche eines Metalls angeregt werden. Die resultierende Feldstärke ist im Raum über der metallischen Oberfläche verstärkt. [1]

Abb. 1: Schema der Oberflächenplasmonen an der Oberfläche eines Metalls.

Dies gilt zum Beispiel für Alkalimetalle, aber auch für Silber, Gold, Kupfer, Tantal und Aluminium.

Charakteristisch für die optischen Spektren vieler Metallcluster sind die durch die Anregung von Oberflächenplasmonen (auch Oberflächenplasmon­ Polaritonen genannt) hervorgerufenen Resonanzen. Die spektrale Lage, die Breite und die Amplitude der Resonanzen hängen von den dielektrischen Funktionen des Metalls ab und verändern sich drastisch als Funktion der Größe sowie der Form der Cluster. Kugelförmige Teilchen, die nicht miteinander wechselwirken, weisen eine Resonanz, die Dipolmode, auf, solange der Radius der Cluster sehr viel kleiner als die eingestrahlte Wellenlänge ist. Für größere Teilchen beobachtet man zusätzlich Moden höherer Ordnung, sowie eine Verschiebung der Dipolmode zu kleineren Frequenzen. [2]

Die Linienbreite der Plasmonresonanzen wird zum einen durch die Lebensdauer der kollektiven elektronischen Anregung bestimmt, zum anderen wird sie in Abhängigkeit von Form und Größe der Partikel inhomogen verbreitert.

    Literatur:
  1. U. Kreibig, M. Vollmer, Optical Properties of Metal Clusters, Springer Ser. Mat. Scie. 25, Springer (1995)
  2. F. Stietz, F. Träger, Phys. Bl. 9/1999, S. 57

Ansprechpartner: B. Gompf