Плазменные колебания

---

Плазменные колебания , также известные как волны Ленгмюра (в честь Ирвинга Ленгмюра ), представляют собой быстрые колебания электронной плотности в проводящих средах, таких как плазма или металлы, в ультрафиолетовой области. Колебания можно описать как нестабильность диэлектрической функции газа свободных электронов . Частота слабо зависит от длины волны колебания. Квазичастица , возникающая в результате квантования этих колебаний, является плазмоном .

Волны Ленгмюра были открыты американскими физиками Ирвингом Ленгмюром и Льюи Тонксом в 1920-х годах. ^[1] По форме они параллельны волнам неустойчивости Джинса , которые вызваны гравитационной неустойчивостью в статической среде.

Рассмотрим электрически нейтральную плазму в равновесии, состоящую из газа положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных электронов . Если кто-то смещает на небольшую величину электрон или группу электронов относительно ионов, кулоновская сила тянет электроны назад, действуя как восстанавливающая сила.

Если пренебречь тепловым движением электронов, то можно показать, что плотность заряда колеблется с плазменной частотой

где – плотность электронов, – электрический заряд , – эффективная масса электрона, – диэлектрическая проницаемость свободного пространства . Обратите внимание, что приведенная выше формула получена в приближении бесконечности массы иона. Обычно это хорошее приближение, поскольку электроны намного легче ионов.${\ displaystyle n_ {\ mathrm {e} }}$${\displaystyle е}$${\displaystyle м^{*}}$${\displaystyle \varepsilon _{0}}$

Доказательство с использованием уравнений Максвелла. ^[2] Предполагая колебания плотности заряда, уравнение неразрывности:${\displaystyle \rho (\omega)=\rho _{0}e^{-i\omega t}}$

---