Letter 物理：金属表面に生じる低エネルギー音響プラズモン 2007年7月5日 Nature 448, 7149 doi: 10.1038/nature05975 電荷反転層や人工の層状材料にできるほぼ2次元の金属系では、低エネルギーの集団励起の存在が可能になる。これは2次元プラズモンと呼ばれ、3次元金属にはみられない。このような励起は、そのエネルギーが低いため電子やフォノンが関係する多数の動的な過程に関与でき、また高転移温度超伝導体でクーパー対の形成を媒介している可能性があることから、かなりの関心を集めている。金属では表面に閉じ込められた電子状態が生じることが多く、ほぼ2次元の電子密度層が形成される。しかし、このような系はその下にあるバルクの電子により遮蔽されるため、低エネルギー集団励起を維持できないと論じられていた。金属表面は従来型の表面プラズモン、すなわち電子密度のみに依存する高エネルギーモードのみをもつと予想される。表面プラズモンは顕微鏡法やサブ波長光学への応用で重要であるが、低エネルギー動力学には関係がない。本論文では、予想に反して、低エネルギーの集団励起モードが裸の金属表面に存在しうることを示す。このモードは、2次元プラズモンのq1/2‖依存とは異なる音響（線形）分散をもち、Be(0001)上で角度分解電子エネルギー損失分光法によって観測された。第一原理計算により、このモードは部分的に占有された準2次元表面状態バンドと、下にある3次元バルクの電子連続帯が共存することから生じ、誘電関数は非局所性なため、3次元状態によって遮蔽されないことが明らかになった。ここで報告した音響プラズモンは極めて一般的な性質をもち、多数の金属表面に存在すると考えられる。また、その音響分散によって、小さい表面積に幅広い周波数領域の光を閉じ込めることができ、これはナノ光学やフォトニクスの用途に適している。 Full Text PDF 目次へ戻る
