Considere un plasma eléctricamente neutro en equilibrio, formado por un gas de iones cargados positivamente y electrones cargados negativamente . Si se desplaza una pequeña cantidad de un electrón o un grupo de electrones con respecto a los iones, la fuerza de Coulomb atrae a los electrones hacia atrás, actuando como una fuerza restauradora.
Electrones 'fríos'
Si se ignora el movimiento térmico de los electrones, es posible demostrar que la densidad de carga oscila a la frecuencia del plasma.
Tenga en cuenta que, cuando , la frecuencia del plasma , depende únicamente de las constantes físicas y la densidad de electrones . La expresión numérica para la frecuencia angular del plasma es
Los metales sólo son transparentes a la luz con una frecuencia superior a la frecuencia del plasma del metal. Para metales típicos como el aluminio o la plata, es de aproximadamente 10 23 cm −3 , lo que lleva la frecuencia del plasma a la región ultravioleta. Por eso la mayoría de los metales reflejan la luz visible y parecen brillantes.
Electrones 'cálidos'
Cuando se tienen en cuenta los efectos de la velocidad térmica del electrón , la presión del electrón actúa como fuerza restauradora así como el campo eléctrico y las oscilaciones se propagan con frecuencia y número de onda relacionados por la onda longitudinal de Langmuir [4] :
En un plasma limitado , los campos eléctricos marginales pueden provocar la propagación de oscilaciones del plasma, incluso cuando los electrones están fríos.
En un metal o semiconductor se debe tener en cuenta el efecto del potencial periódico de los iones . Esto generalmente se hace usando la masa efectiva de los electrones en lugar de m .
Oscilaciones del plasma y el efecto de la masa negativa.
Las oscilaciones del plasma pueden dar lugar al efecto de " masa negativa ". En la Figura 1 se muestra el modelo mecánico que da lugar al efecto de masa efectiva negativo . Un núcleo con masa está conectado internamente a través del resorte con constante a una cáscara con masa . El sistema está sometido a la fuerza sinusoidal externa . Si resolvemos las ecuaciones de movimiento para las masas y reemplazamos todo el sistema con una sola masa efectiva obtenemos: [5] [6] [7] [8] [9]
[5] [6] [7] [8]
La masa efectiva negativa (densidad) también es posible gracias al acoplamiento electromecánico que aprovecha las oscilaciones del plasma de un gas de electrones libre (ver Figura 2 ). [9] [10] La masa negativa aparece como resultado de la vibración de una partícula metálica con una frecuencia cercana a la frecuencia de las oscilaciones del plasma del gas de electrones en relación con la red iónica . Las oscilaciones del plasma se representan con el resorte elástico , donde es la frecuencia del plasma. Así, la partícula metálica que vibra con la frecuencia externa ω se describe mediante la masa efectiva
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^ ab Bormashenko, Edward; Legchenkova, Irina; Frenkel, Mark (agosto de 2020). "Masa efectiva negativa en sistemas plasmónicos II: dilucidar las ramas ópticas y acústicas de las vibraciones y la posibilidad de propagación antirresonancia". Materiales . 13 (16): 3512. Bibcode : 2020Mate...13.3512B. doi : 10.3390/ma13163512 . PMC 7476018 . PMID 32784869.
Otras lecturas
Longair, Malcolm S. (1998), Formación de galaxias , Berlín: Springer, ISBN 978-3-540-63785-1