表面等离子体激元的微观量子描述:揭示本征超强光-物质耦合

该研究团队开发了一种适用于任意金属-电介质几何结构的表面等离子体激元微观量子理论。该理论框架基于量子电动力学的Power-Zienau-Woolley表述,这种表述能最优分离电子自由度与光子自由度,因此特别适合构建强色散介质中极化激元的量子描述。在此理论体系中,基本电子振荡器被识别为体等离子体模式,该模式与非微扰耦合的自由光子模式辐射连续谱相互作用。这种耦合会引发依赖于几何结构的体等离子体频率重整化,从而产生局域化的等离子体共振现象。 作为具体应用,该工作重现了金属纳米颗粒的局域表面等离子体模式(包括辐射频移和衰减效应),以及平面界面上传播型表面等离子体激元的精确色散关系。量子化处理进一步揭示:金属-电介质界面处的光-物质相互作用本质上处于超强耦合区域。因此,在准静态极限下,该系统会表现出非常规的基态量子涨落现象,这种涨落可通过折射率进行调控。这些发现为量子等离子体学领域开辟了令人振奋的新研究方向。
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提交arXiv: 2026-01-16 13:52

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