플라즈마 진동
Plasma oscillation플라즈마 진동은 (Irving Langmuir의 이름을 따서) Langmuir 파동이라고도 하며, 자외선 영역에서 플라즈마나 금속과 같은 전도 매체에서 전자 밀도의 빠른 진동입니다.진동은 자유 전자 가스의 유전체 기능의 불안정성으로 설명할 수 있습니다.주파수는 진동 파장에 따라 약하게만 달라집니다.이러한 진동의 양자화에서 생기는 준입자가 플라즈몬이다.
랭뮤어파는 1920년대 [1]미국 물리학자 어빙 랭뮤어와 루이 통크스에 의해 발견되었다.정적 매체의 중력 불안정성에 의해 발생하는 청바지 불안정파와 형태가 평행합니다.
메커니즘
양전하를 띤 이온과 음전하를 띤 전자의 기체로 구성된 평형 상태의 전기 중성 플라즈마를 생각해 보십시오.이온에 대해 전자 또는 전자 그룹을 아주 작은 양만큼 이동시키면 쿨롱 힘이 전자를 끌어당겨 복원력으로 작용한다.
'차가운' 전자
전자의 열 운동을 무시하면 전하 밀도가 플라즈마 주파수로 진동한다는 것을 보여줄 수 있습니다.
- e= 2 m∗, [ /s]{ \ omega _ { \{ e } { { _ { \ { } } e^ { { { * } \ { 0 } } } , \ left [ \ mathright} } } } \ 。
- ω pe)4π nee2m∗,({\displaystyle \omega_{\mathrm{pe}}={\sqrt{\frac{4\pi n_{\mathrm{e}}e^{2}}{m^{*}}}},\left[\mathrm{rad/s}\right]}(cgs대),.
전자의 여기서 ne{\displaystyle n_{\mathrm{e}}}은 전자의 수 밀도, e{\displaystyle e}은 전하, m({\displaystyle m^{*}}은 유효 질량, 그리고 자유 공간의 0{\displaystyle \varepsilon_{0}}은 유전율 ε.위 공식은 근사는 이온 질량 무한한 하에 파생된 점에 유의한다.이것은 일반적으로 아주 비슷해, 전자들이 너무 많이 이온보다 가볍다.
프루프 맥스웰 방정식을 사용해.[노트 1]라고 가정하면 전하 밀도 진동 ρ(ω))ρ 0e− 나는 t{\displaystyle \rho(\omega)=\rho_{0}e^{-i\omega지}}이 연속 방정식 ω:.
가우스법
전도성
남아 있습니다.
그것은 항상 진실이다
이는 유전율( 모델 참조) ( ) + i (\ \ ( \ ) = 1 + { \ { \ i \ ( \ { \ }} the (displayeeeeedisplay e e e edisplay display display e displaye e e display ee e display display e e e e e e e displaydisplay 전하 밀도에서 밀도 파형의 전파를 가능하게 하기 위해 서 0(\=과 동일한 조건이 적용된다.
이 표현은 천체물리학에서 [2]자주 볼 수 있는 전자-양전자 플라스마의 경우 수정되어야 한다.주파수는 파장과 독립적이기 때문에 이러한 진동은 위상 속도가 무한하고 그룹 속도가 0입니다.
m {\ m^{*} 일 때 플라즈마 주파수 p {\는 물리 상수와 전자 {e에만 의존합니다.각 플라즈마 주파수의 수치식은 다음과 같습니다.
금속은 금속의 플라즈마 주파수보다 높은 주파수의 빛에만 투명합니다.알루미늄 또는 은과 같은 일반적인 금속의 경우 은 약23 10cm이며−3, 이로 인해 플라즈마 주파수가 자외선 영역으로 유입됩니다.이것이 대부분의 금속이 가시광선을 반사하고 빛나는 것처럼 보이는 이유입니다.
'따뜻한' 전자
전자 e의 영향을 할 때 h e{ v { \ , } ={{ k { \ { } }} { _ { \ { = rtrcrcrcrcrt { k_{ k _ rt { k_{ k_{\ mathrm { k_{\ mathrm } } } } } } } } restore restore종방향 Langmuir[3] 파형과 관련된 ih 주파수 및 파형 수:
- 2= e + k T = p + e , 2 \ \ ^{2 \ _ { \{ B + { \ frac { k _ { \{ B } } { } }
Bohm-Gross 분산 관계라고 불립니다.공간 스케일이 데바이의 길이에 비해 클 경우 진동은 압력 항에 의해 약하게 변화될 뿐이지만, 작은 스케일에서는 압력 항이 우세하고 e {\{\의 로 파동이 분산되지 않습니다. 단, 이러한 파동의 경우 t는 전자입니다.헤르말 속도는 위상 속도에 필적합니다.
그래서 플라즈마 파장은 파장의 위상 속도와 거의 같은 속도로 움직이는 전자를 가속시킬 수 있다.이 과정은 종종 란다우 댐핑이라고 불리는 무충돌 댐핑의 형태로 이어집니다.따라서 분산관계에서 대k부분은 관찰하기 어렵고 거의 중요하지 않다.
유계 플라즈마에서 프링킹 전장은 전자가 차가울 때에도 플라즈마 진동의 전파를 일으킬 수 있습니다.
금속 또는 반도체에서는 이온의 주기적 전위의 영향을 고려해야 한다.이것은 보통 m 대신에 전자의 유효 질량을 사용함으로써 이루어진다.
플라즈마 진동 및 음질량의 영향
플라즈마 진동은 "음질량"의 효과를 일으킬 수 있습니다.음의 유효 질량 효과를 발생시키는 기계적 모델은 그림 1에 나와 있다. 의 코어는 의 스프링을 통해 의 셸에 내부적으로 연결되어 있습니다.시스템은 외부 F ( ) ^ sin t { F ( t ) ={ } } \ \ t 를 받는다. m ({ 및 2 ({ 에 대한 운동 방정식을 풀면 전체 시스템을 유효 로 대체한다.(\m_ {filename 다음 정보를 얻습니다.[4][5][6][7][8]
e 1+ 2 2 02 - 0 2 - 0 2 、 m{ \ rm { m _ { + { { 0 \ ( 0 - \
여기서 0 {{ m_ {{ 위에서 주파수 { 이 (가) 0에 가까워지면 [4][5][6][7]음수가 됩니다.
음의 유효 질량(밀도)도 자유 전자 가스의 플라즈마 진동을 이용하는 전기 기계 결합에 기초해 가능하게 된다(그림 [8][9]2 참조).음의 질량은 전자 의플라즈마 진동 주파수({와 이온 에 근접한 의 금속 입자의 진동으로 나타난다.플라즈마 진동은 탄성 {\}=\ _ {로 표현됩니다. 서 δp \ {\rm 은 플라즈마 주파수입니다.따라서 외부주파수 θ로 진동하는 금속입자는 유효질량으로 표현된다.
e 1+ p 2 - 2p 2ωdisplay 2p 2 - ωdisplay2 { {+ {2} \_ {2} \ \
주파수(\가 위에서 p(\ {에 접근하면 음수입니다.플라즈마 주파수 부근에서 음질량의 영향을 이용한 메타물질들이 [8][9]보고되었다.
「 」를 참조해 주세요.
- 전자 웨이크
- 플라즈마 물리학 기사 목록
- 플라스몬
- 상대론적 양자 화학
- 표면 플라즈몬 공명
- 상위 하이브리드 진동, 특히 자기장에 비스듬한 전파 각도에서 모드에 대한 수정에 대한 논의를 위해
- 플라즈마 물결
레퍼런스
- ^ Tonks, Lewi; Langmuir, Irving (1929). "Oscillations in ionized gases" (PDF). Physical Review. 33 (8): 195–210. Bibcode:1929PhRv...33..195T. doi:10.1103/PhysRev.33.195.
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원천
- Ashcroft, Neil; Mermin, N. David (1976). Solid State Physics. New York: Holt, Rinehart and Winston. ISBN 978-0-03-083993-1.
추가 정보
- Longair, Malcolm S. (1998), Galaxy Formation, Berlin: Springer, ISBN 978-3-540-63785-1