J. R. SAMBLES, G. W. BRADBERY and FUZI YANG

1. J. R. SAMBLES, G. W. BRADBERY and FUZI YANG Optical excitation of surface plasmons: an introduction Contemporary Physics, 1991, volume 32, number 3, pages 173- 183 1. Einleitung 2. Plasmonenanregung 3. Anwendungsmöglichkeiten 4. Zusammenfassung

2. Plasmon - Dichteschwankungen von Elektronen Plasmon - longitudinale Schwingungen an der Oberfläche eines Metalls Nichtlineare Wechselwirkung zwischen Energie und Impuls Feldstärke - im Raum über der metallischen Oberfläche verstärkt Oberflächenplasmonen lassen sich unter optimierten Bedingungen anregen Anregung - Beträge der k- Wellenvektoren parallel zur Oberfläche sind gleich Geringe Ausbreitung – durch Leitungsverluste im Metall  = 633nm für Gold etwa L = 9µm  = 633nm für Silber etwa L = 60µm

3. Der Reflexionsgrad „R“ und die Feldverteilung „E“ für einen Zwei- Medien- Übergang Reflektivität und Feldverteilung für den Fall „Ohne Plasmonenanregung“ Reflektivität und Feldverteilung für den Fall „Mit Plasmonenanregung“

4. Nur TM- polarisiertes Licht kann Plasmonen anregen. Nur schräg eingestrahltes Licht kann ein Wellenvektor kx erzeugen. Anregungsbedingungen eines Oberflächenplasmons Der Wellenvektor kSP eines Oberflächenplasmons. ohne Verluste mit Verluste Beide Wellenvektoren müssen bei der Plasmonenanregung betragsmäßig gleich sein.DiesergibtBedingungen,um Oberflächenplasmonen anregen zu können.

5. Dispersionsrelation für ein Oberflächenplasmon Plasmonen lassen sich nicht ohne optimierte Bedingungen anregen

6. Eignung Plasmonen anzuregen Durch Materialauswahl ist es nicht möglich Plasmonen optisch anzuregen Dämpfung ausgewählter Metalle auf Oberflächenplasmonen. Die Eignung ausgewählter Metalle Plasmonen anzuregen. Geringe Dämpfung im Metall

7. Vorteile der Otto- Geometrie: • Unabhängigkeit der Anregung von der Metallschichtdicke • Keine Beschädigung der Metalloberfläche infolge Abstand • Keine chemische Wechselwirkung zwischen Glas und Metall • Geringe Dämpfung des Plasmons durch das Metall • Größere Metallauswahl • Nachteile der Otto- Geometrie: • Realisierung des Luftspaltes (< 1m) technisch anspruchsvoll • In der Praxis Luftspaltbreite nicht ohne Aufwand änderbar • „Geschlossenes“ Plasmon (verdeckt von Glas und Metall) Plasmonenanregung unter Nutzung der Otto- Geometrie • Vorteile der Kretschmann- Geometrie: • Abhängigkeit Plasmon von der Metallpermittivität • „Offenes“ Plasmon (Sensoreneigenschaften) • Nachteile der Kretschmann- Geometrie: • Abhängigkeit Plasmons von der Metallpermittivität (Alterung) • Hohe Dämpfung des Plasmons durch Absorption des Metalls • Metallschichten < 30nm neigen zu Inselbildungen • Verschärfte Metallauswahlkriterien Plasmonenanregung unter Nutzung der Kretschmann- Geometrie

8. Anregung von Oberflächenplasmonen mittels Gitter Gitter stört die Oberflächenplasmonausbreitung Ausbildung von Bandlücken Bandlücke in der Dispersionrelation infolge Gitterwirkung bei der Plasmonenanregung

9. Plasmonen entziehen dem eingestrahlten Licht Energie Der Graph des Verlustes gibt Auskunft über die Art des Metalls Nutzung in der Analytik Energieverlustdiagramme für Silizium, Aluminium und Magnesium infolge Plasmonenanregung

10. Plasmonen reagieren empfindlich auf Änderungen an der Metalloberfläche Der Graph gibt Auskunft über die Geschwindigkeit der Änderung Nutzung in der Reaktionskinetik Adsorbatbildung auf Aluminium Anzahl der Monolagen in Abhängigkeit zur Zeit. Änderung der Energieverlustdiagramme bei Plasmonenanregung von Aluminium infolge Adsorbatbildung.

11. Plasmonen sind Schwingungsquanten von Elektronen in Metallen Sie sind Ergebnis einer starken Kopplung zwischen einfallendem Photon und Elektron Plasmonen benötigen spezielle Anregungsbedingungen an Material und Aufbau Plasmonen lassen sich heute unter anderem nutzen in der Sensorik, Reaktionskinetik oder Umweltanalytik Plasmonen lassen sich zukünftig nutzen in der Herstellung von elektronischen Schaltkreisen oder bei der Realisierung optischer ICs und Wellenleiter