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Submitted on 1 Jan 1984
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PLASMONS ET POLARITONS DE SURFACE ET LEURS APPLICATIONS
F. Abeles
To cite this version:
F. Abeles. PLASMONS ET POLARITONS DE SURFACE ET LEURS APPLICATIONS. Journal
de Physique Colloques, 1984, 45 (C5), pp.C5-23-C5-24. �10.1051/jphyscol:1984502�. �jpa-00224110�
JOURNAL DE PHYSIQUE
Colloque C5, suppl6ment au na4, Tome 45, avril 1984 page C5-23
PLASMONS E T P O L A R I T O N S DE SURFACE E T LEURS A P P L I C A T I O N S
F. A b e l e s
Laboratoire dfOptique des ~ o ~ i d e s + , Universit6 Pierre e t p4arie Curie,
4 ,place Jussieu,
75230Paris
Cedez 0 5 ,France
L e s o n d e s 6 l e c t r o m a g n 6 t i q u e s d e s u r f a c e (OES) s o n t c o n n u e s d e p u i s l e d 6 b u t d u s i s c l e . I1 e s t p r o b a b l e q u ' e l l e s o n t 6 t 6 c o n s i d g r g e s p o u r l a p r e m i s r e f o i s d a n s l a l i t t g r a t u r e d a n s l e l i v r e d ' E m i l C o h n
" D a s e l e k t r o m a g n e t i s c h e F e l d " p u b l i g e n 1 9 0 0 {
11.
C o h n 6 t a i t u n a m i e t c a m a r a d e d ' G t u d e s d e H e i n r i c h H e r t z . V e r s c e t t e g p o q u e , M a r c o n i a v a i t c o m m e n c g s e s e m i s s i o n s d e T S F 5 t r a v e r s l V 0 c 6 a n A t l a n t i q u e e t l e s p h y s i c i e n s s ' i n t c r e s s s r e n t a u p r o b l g m e c o r r e s p o n d a n t : l a p r o - p a g a t i o n d e s o n d e s r a d i o l e l o n g d e l a s u r f a c e d e l a T e r r e . L e s p r e m i e r s r s s u l t a t s s o n t dCis B J . Z e n n e c k , u n 6 l S v e d e E . C o h n , q u i d i s c u t a l e s o n d e s d e Z e n n e c k e n 1 9 0 7 { 2 } . L e p r o b l s m e e s t u n e x e m p l e i n t e r e s s a n t d e p h y s i q u e m a t h g m a t i q u e e t o n e n t r o u v e u n e t r S s b o n n e d i s c u s s i o n d a n s l e v o l . 6 d e s L e g o n s d e P h y s i q u e T h g o r i q u e d e A . S o m m e r f e l d , i n t i t u l e " L e s G q u a t i o n s a u x d g r i v e e s p a r t i e l l e s d e l a p h y s i q u e " { 3 } . 0 n t r o u v e q u e l e p o t e n t i e l dO 2 u n e a n t e n n e v e r t i c a l e e t m e s u r g 5 u n e c e r t a i n e d i s t a n c e d e l a t e r r e e s t c e l u i d ' u n e o n d e d e s u r f a c e d o n t l e s p r o p r i e t z s s o n t a n a l o g u e s B c e l l e s d e s o n d e s d e s u r f a c e d 6 j B g t u d i g e s e n m z c a n i q u e d e s f l u i d e s . L ' i m p o r t a n c e d e s OES e n o p t i q u e a 6 t 6 r e m a r q u g e p o u r l a p r e m i s r e f o i s p a r U . F a n o { 4 } q u i s ' e n e s t s e r v i p o u r e x p l i q u e r l e s a n o m a l i e s d e Wood d e s r g s e a u x d e d i f f r a c t i o n ( 5 ) .On e x a m i n e l e s p r i n c i p a l e s p r o p r i g t e s d e s OES a i n s i q u e l e s d i f f 6 - r e n t e s m g t h o d e s u t i l i s g e s p o u r l e s e n g e n d r e r e t p o u r l e s d g t e c t e r . A p a r t i r d e l e u r s p r o p r i 6 t 6 s , i l e s t c l a i r q u e l e s OES s o n t d e s m o d e s d e s u r f a c e ou d ' i n t e r f a c e e t s o n t , p a r c o n s s q u e n t , t r s s s e n - s i b l e ~ B t o u t e m o d i f i c a t i o n d e l a s u r f a c e o u d e l ' i n t e r f a c e B l a q u e l - l e e l l e s a p p a r t i e n n e n t . C e c i a c o n d u i t 5 l e u r s p r e m i s r e s a p p l i c a t i o n s 5 l ' e t u d e d e s s u r f a c e s e t d e s f i l m s s u p e r f i c i e l s t r g s m i n c e s . Une a u t r e p r o p r i g t i 5 s p g c i f i q u e d e s OES e s t l e u r c a p a c i t g 5 a m p l i f i e r c o n s i d g r a b l e m e n t l e c h a m p g l e c t r i q u e 2 l a s u r f a c e , c e q u i p e u t c o n - d u i r e a u s s i 5 u n c e r t a i n n o n b r e d ' a p p l i c a t i o n s . P o u r u n e r e v u e a p - p r o f o n d i e d u s u j e t , v o i r p a r e x . S u r f a c e p o l a r i t o n s , E l e c t r o m a g n e t i c w a v e s a t s u r f a c e s a n d i n t e r f a c e s { 6 } .
A b s t r a c t
T h e s u r f a c e e l e c t r o m a g n e t i c w a v e s (SEW) a r e k n o w n s i n c e t h e b e g i n - n i n g o f o u r c e n t u r y . I t i s l i k e l y t h a t t h e y a p p e a r e d f o r t h e f i r s t t i m e i n t h e l i t e r a t u r e i n E m i l C o h n ' s b o o k " D a s e l e k t r o m a g n e t i s c h e F e l d " w h i c h w a s p u b l i s h e d i n 1 9 0 0 {
11.
C o h n w a s a f r i e n d a n d f e l l o w o f H e i n r i c h H e r t z . A t t h a t t i m e , M a r c o n i s t a r t e d h i s w i r e l e s s e m i s - s i o n s a c r o s s t h e A t l a n t i c O c e a n , a n d t h e p h y s i c i s t s b e c a m e i n t e r e s - t e d i n t h e c o r r e s p o n d i n g p r o b l e m : r a d i o - w a v e p r o p a g a t i o n a l o n g e a r t h ' s s u r f a c e . T h e f i r s t r e s u l t s a r e d u e t o J . Z e n n e c k , a p u p i l o f'E.R.A. CNRS n o 462
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1984502
C5-24 J O U R N A L D E PHYSIQUE
E . C o h n , who d i s c u s s e d t h e s o - c a l l e d Z e n n e c k - w a v e s i n 1 9 0 7 ( 2 ) . T h e p r o b l e m i s a n i n t e r e s t i n g e x a m p l e o f m a t h e m a t i c a l p h y s i c s a n d a v e r y g o o d d i s c u s s i o n c a n b e f o u n d i n t h e v o l . 6 o f t h e L e s s o n s o f T h e o r e - t i c a l P h y s i c s by A . Sommerf e l d , c a l l e d " P a r t i a l d i f f e r e n t i a l e q u a - t i o n s o f p h y s i c s " { 3 } . I t i s f o u n d t h a t t h e p o t e n t i a l d u e t o a v e r - t i c a l a n t e n n a a n d m e a s u r e d a t a d i s t a n c e f r o m t h e e a r t h i s t h a t o f a s u r f a c e w a v e , t h e p r o p e r t i e s o f w h i c h a r e s i m i l a r t o t h o s e o f t h e s u r f a c e w a v e s a l r e a d y s t u d i e d i n f l u i d m e c h a n i c s . T h e i m p o r t a n c e o f SEW i n o p t i c s w a s f i r s t n o t i c e d b y U . F a n o I 4 1 who u s e d t h e m i n o r - d e r t o e x p l a i n W o o d ' s a n o m a l i e s o f d i f f r a c t i o n g r a t i n g s f 5 ) .
T h e m a i n p r o p e r t i e s o f t h e SEW a r e e x a m i n e d t o g e t h e r w i t h t h e v a r i o u s m e t h o d s u s e d t o e x c i t e a n d d e t e c t t h e m . F r o m t h e i r p r o p e r t i e s , i t a p p e a r s t h a t S E W c a n b e c o n s i d e r e d a s s u r f a c e o r i n t e r f a c e m o d e s a n d a r e , t h e r e f o r e , v e r y s e n s i t i v e t o a n y m o d i f i c a t i o n o f t h e s u r f a c e o r i n t e r f a c e t o w h i c h t h e y b e l o n g . T h i s h a s l e d t o t h e i r f i r s t a p p l i c a - t i o n s t o t h e s t u d y o f s u r f a c e s a n d v e r y t h i n s u p e r f i c i a l l a y e r s . A n o t h e r s p e c i f i c p r o p e r t y o f t h e SEW i s t h e i r a b i l i t y t o n o t a b l y a m p l i f y t h e e l e c t r i c f i e l d a t t h e s u r f a c e , w h i c h c a n l e a d t o many a p p l i c a t i o n s . F o r a t h o r o u g h r e v i e w o f t h e s u b j e c t , s e e e . g . S u r f a c e p o l a r i t o n s ; E l e c t r o m a g n e t i c w a v e s a t s u r f a c e s a n d i n t e r f a c e s { 6 ) .
COHN E . , D a s e l e k t r o m a g n e t i s c h e F e l d , L e i p z i g , 1 9 0 0 . ZENNECK J . , A n n . d e r P h y s i k , L e i p z i g , 2 3 , ( 1 9 0 7 ) 8 4 6 .
SOMMERFELD A . , V o r l e s u n g e n u b e r ~ h e o r e x s c h e P h y s i k , b d . V I D i f f e r e n t i a l g l e i c h u n g e n , D i e t e r i c h ' s c h e V e r l a g , W i e s b a d e n , F . R . G . , 1 9 4 7 .
FAN0 U . , J . O p t . S o c . Am. 3 1 , ( 1 9 4 1 : 2 1 3 .
WOOD R.W. P h i l . Mag. 4 , ( x 0 2 ) 3 9 3 , 2 , ( 1 9 1 2 ) 3 1 0 .
AGRANOVICH V.M. a n d
