表面等离激元 表面等离激元是金属与电介质界面处自由电子在外部电磁场激励下发生的集体相干振荡。它是一种存在于表面上的电磁模式，其电磁场被局限在界面附近并沿界面传播。 金属之所以能支持表面等离激元，是因为其具有类似等离子体的特性。在金属中，价电子脱离原子核的束缚，形成自由移动的“电子气”，而带正电的原子实则固定在晶格位置上。当这些自由电子的平衡位置发生集体位移时，库仑恢复力会使它们产生振荡，这种振荡被称为体等离激元。体等离激元的频率（等离子体频率）通常位于紫外光波段。 当我们将考虑范围从金属内部扩展到其表面时，情况发生了变化。在金属与空气（或其他电介质）的界面处，自由电子气的分布被截断。此时，如果电子气垂直于界面方向发生集体位移，界面上会感应出正负电荷，从而产生一个很强的恢复电场，将电子拉回平衡位置。这种在界面处发生的、电子气垂直于界面的集体振荡，就是表面等离激元。与体等离激元不同，表面等离激元的振荡频率低于金属的等离子体频率，通常落在可见光或近红外波段。 表面等离激元的性质可以通过求解麦克斯韦方程组并结合金属与电介质界面处的边界条件来严格推导。一个关键的发现是，这种电磁波只能存在于界面处，并且其电磁场强度在垂直于界面的两个方向上都是指数衰减的。在金属侧，电磁场会穿透一个很薄的深度（趋肤深度）；在电介质侧，电磁场也会局域在界面附近，形成一个“隐失场”。这种高度局域的特性是表面等离激元最重要的性质之一。 由于电磁场被紧密地束缚在界面附近，其能量密度非常高。这导致了第二个重要特性：场增强效应。在特定的结构（如金属纳米颗粒的尖端或纳米间隙处），局域的电场强度可以比入射光场的强度高出几个数量级。这种巨大的场增强是表面增强拉曼散射等光谱技术得以实现的基础。 表面等离激元的传播行为由其色散关系描述，即其振荡频率与波矢（动量）之间的关系。对于平坦的金属-电介质界面，表面等离激元的波矢总是大于真空中同频率光子的波矢。这意味着表面等离激元无法与直接照射在平面上的光直接耦合，因为两者的动量不匹配。为了激发表面等离激元，通常需要采用特殊结构来补偿动量差，例如使用棱镜（通过衰减全反射法）、光栅或散射体。