I.2.5.Laséparation deschargesdonneàlaboulemétalliqueun momentdipolaire électrique
~p0.L’exprimerenfonction du champappliqué~
ES.En déduirelapolarisabilitéstatiqueα0dela
boule,définiepar~p0=ε0α0~
ES.
I.3.Le champélectriqueappliquévariemaintenantsinusoïdalement,soiten notationcomplexe
~
E0=E0exp(iωt)~uz.Onlesupposeuniforme,sansphénomènedepropagation.Soit~
δ(t)le
déplacementélectronique.
I.3.1.En utilisantlesrésultatsdeI.2.2,écrirel’équation du mouvementd’un électronsoumis
auchampappliqué etauchamp~
Ed.
On poseωp=»Ne2/ε0m,appelée « pulsation plasma».Exprimeràl’aidedeωplapulsation
propreω0du mouvement.
I.3.2.Expliciter~
δ(t)enrégimesinusoïdalpermanent.Que constate-t-on pourω→ω0?
I.3.3.Lemodèleprécédents’appliqueauxmétauxalcalins.Donnerlavaleurdelapulsation
derésonance pourlesodium(NNa≈2,5×1028 m−3).
Lesmesuresexpérimentalesd’absorption(cf. II)donnentωexp
0≈4,9×1015 s−1pourle
sodium.Àqueldomainespectralcorrespond cettepulsation?Compareràlavaleur théorique.
I.4.Le champélectriqueoscillantestenfaitceluid’uneonde électromagnétiqueplanemonochro-
matiquedepulsationω,polarisée linéairementsuivantz,etsepropageantsuivantx.Le champ
estdonné en notationcomplexepar:~
E0=E0expi(ωt−kx)~uz.
I.4.1.Onsupposequelasphèreaun rayon de5nanomètresetquel’onde électromagnétique
estdansledomainevisible.Justifierquel’on puissenégligerlavariationspatialede~
E0sur
l’extension delaparticule.
On prendradoncparlasuitele champenx=0.
I.4.2.Onsupposequelemouvementdesélectronsestamortipardescollisions;ceteffetpeut
êtredécritphénoménologiquementparuneforce defrottementfluides’opposantaumouvement
de chaque électron:~
Ff=−mγ˙
~
δ,avec γ≪ω0.
Donnerl’équation du mouvementd’un électron.En déduirel’expression du déplacement
δ=δ0eiωtenrégimesinusoïdalpermanentàlapulsationω.
Exprimer|δ0|enfonction deω.En donnerlavaleurmaximale|δ0|maxàrésonance.
I.4.3.L’onde électromagnétiqueincidente,produiteparun laserfocalisé,auneintensité
I0=105W·cm−2.Vérifierl’hypothèsedefaibledéplacementdansle casdu sodium,avec les
données suivantes:NNa≈2,5×1028 m−3,γNa≈3×1013 s−1.
I.4.4.Donnerl’expression du champélectriquetotal interne~
Eintàlapulsationωen un point
Màl’intérieurdelananoparticule,enfonction deω,ω0,γet~
E0au pointO.Montrerqu’il existe
unerésonance enamplitudepour~
Eintauvoisinagedelapulsationω0.
Quevautle champinternepourω≪ωp?Commenterce résultat.
Cetterésonance dansl’amplitudedu champélectriqueàlapulsationω0correspond àune
augmentation delaréponseoptiquedesnanoparticules;elle estappelée résonance plasmon de
surface delaparticule.