光學、熱學與輸運性質

電漿子

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把浴缸裡的水推到一端再鬆手:它會按自己天然的節奏來回晃盪。金屬裡藏著一片廣闊的鬆散電子海,它們也會晃盪。推它們一下,整片電子海便以一個固定的頻率,相對於不動的原子來回搖動。這種集體晃盪的一個量子、一份整齊的份額,就是電漿子。

更確切地說,電漿子是金屬自由電子的一種同步振盪,它表現得像一個集體的整體,而不是一群各自為政的個體。光能把這種晃盪激發起來,但只有頻率合適的光才與它強烈耦合。在平整的金屬表面,或一顆微小的金屬顆粒上,電子能像被敲響的鐘一樣,以某種特定的顏色振鳴,吸收並重新輻射那種顏色,其強度遠超它的尺寸本身所應有的。這種被束縛在表面的振鳴,把光濃縮到了遠比普通光束所能抵達的還要小的斑點裡。

電漿子之所以重要,是因為它讓我們能在比光自身波長還小的尺度上擠壓並操控光,這正是電漿子學的基礎——超靈敏的生物傳感器、更銳利的顯微鏡,以及純靠塑形金屬做出的絢麗顏色。它們也解釋了古代藝術品和自然界的色彩。一句有用的提醒:電漿子不是一個你能握在手裡的粒子;它是無數電子協調一致的運動,是一個波,我們以量子份額來計數它,就像固體裡的聲音被計作聲子一樣。

約公元四世紀製成的羅馬盧克格斯杯,從正面打光時呈翡翠綠,從背後打光時卻透出紅寶石般的紅。嵌在玻璃裡、幾十奈米大小的金銀微粒承載著電漿子,它們吸收綠光、放過紅光——這是一次無心插柳的古代奈米技術。

奈米尺度的金屬微粒及其電漿子,賦予了這隻一千六百年的古杯變色的魔法。

別把電漿子和電漿(電漿態)混為一談。電漿是物質的一種熾熱的電離態;而電漿子是冷的固態金屬內部電子海的一份量子化漣漪——是一種集體振動,而非一種物態。

又稱
plasma oscillation quantum等离激元電漿子