Volumen II - SAM

Congreso SAM/CONAMET 2009 Buenos Aires, 19 al 23 de Octubre de 2009
DETERMINACIÓN DE LA FRECUENCIA DE PLASMA EN ALEACIONES DE AL-SI
M. V. Castro Riglos (1,2) y J. Gervasoni (1,2,3)
(1) Centro Atómico Bariloche, Comisión Nacional de Energía Atómica, Centro Atómico Bariloche R8402AGP S.C. de
Bariloche, Argentina.
(2) CONICET.
(3) CNEA
E-mail: victoria.castroriglos@cab.cnea.gov.ar
RESUMEN
En el presente trabajo se estudiaron los plasmones superficiales generados en la interfase vidrio-metal de
una película de Al-Si depositada sobre un prisma de vidrio al interactuar con el haz de un láser. De este
modo se obtuvo la reflectividad (R) en función del ángulo de incidencia y se estableció el ángulo de mínima
reflectividad, a partir del cual se dedujo la frecuencia de plasma.
Palabras clave: plasmones, aluminio.
1. INTRODUCCIÓN
A lo largo de los años se ha estudiado que cuando una partícula cargada rápida se mueve dentro de un
material, se produce un complejo proceso dinámico de respuesta a dicha perturbación. Si la partícula se
mueve en la proximidad de la superficie, se debe esperar, además, la aparición de efectos superficiales, como
la excitación de modos colectivos característicos.
Estas oscilaciones son excitaciones longitudinales colectivas del gas de electrones de conducción que poseen
una energía característica, ω(k), y se denominan plasmones. Es decir, un plasmón es un cuanto de energía
que surge al cuantificar dicha oscilación. La energía de estos plasmones toma valores en el rango de 3 a 25
eV para la generalidad de los sólidos. El plasmón es excitado cuando un electrón atraviesa una lámina
metálica delgada o también puede generarse a partir de la reflexión de un electrón o un fotón en una película
metálica. La pérdida de energía del electrón (o fotón) saliente va a ser igual a la energía de uno o varios
plasmones. En general, la mayor parte de la pérdida de energía de un electrón energético que se mueve
dentro de un sólido, se debe a la generación de plasmones por interacciones con otros electrones del medio.
En un medio material, tanto los electrones asociados a conducción eléctrica como los electrones de capas
internas contribuyen, de manera comparable, a la pérdida de energía de la partícula cargada incidente.
La excitación de plasmones está directamente vinculada a las propiedades electrónicas del material y por
ende a su comportamiento óptico. Por lo tanto, los plasmones pueden excitarse y ser observados mediante
experiencias de óptica. El parámetro de interés en el estudio de las excitaciones de los modos colectivos es la
frecuencia de plasma, ωp, que determina si frente a la luz un material es transparente u opaco. Dicho
comportamiento ha sido descrito por el modelo de electrones libres de Drude en metales, de acuerdo a la
siguiente relación:
ε(ω) = 1 - ωp 2 / ω (ω ω − − iγ) 2 (I)
, donde ω es la frecuencia de la luz incidente y ε es la constante dieléctrica del material ( ε ε
= ε1 + iε2 ), que
para los metales es un valor real ya que γ = 0. Si ωp < ω el material es transparente, en tanto que para ωp >
ω ω
el material es opaco. Si el material es un metal, parte de la intensidad incidente es invertida en crear
plasmones dentro del material, y otra parte de la intensidad es reflejada. Un parámetro que da cuenta de esto
es la reflectividad, R, que es el cociente entre la intensidad reflejada (I r ) y la intensidad incidente (I i ) en un
material. En particular, si se hace incidir un haz de luz sobre una película metálica o film, existe un ángulo de
incidencia de la luz para el que la formación de plasmones superficiales es máxima y por lo tanto la
reflectividad presenta un mínimo. Ese ángulo de incidencia se denomina ángulo de plasmón, θp, y se
relaciona con la constante dieléctrica según la siguiente expresión:
n . sen θp = [ε /(ε +1)] 1/2 (II)
, donde n es el índice de refracción del medio en el que viaja la luz antes de incidir sobre el metal [1, 2, 3].
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