概念
表面等离激元（Surface Plasmon, SP）是在金属表面区域的一种自由电子和光子相互作用的形成的电磁振荡。表面电荷振荡与光波电磁场之间的相互作用使得表面等离激元具有很多独特的有意义的性质。特别是在激光器领域。
当光波（电磁波）入射到金属与电介质分界面时，金属表面的自由电子发生集体振荡，电磁波与金属表面自由电子耦合而形成的一种沿着金属表面传播的近场电磁波，如果电子的振荡频率与入射光波的频率一致就会产生共振，在共振状态下电磁场的能量被有效地转变为金属表面自由电子的集体振动能，这时就形成的一种特殊的电磁模式：电磁场被局限在金属表面很小的范围内并发生增强，这种现象就被称为表面等离激元现象。如下图所示：
表面等离激元分为局域表面等离子共振（Local Surface Plasmon Resonance，LSPR）和表面等离极化激元（Surface Plasmon Polariton，SPPs）两种。
LSPR是在入射光激发下产生于正负介电常数材料界面处的传导电子谐振现象。在共振波长处表现为近场场强增强。这个近场高度集中在纳米颗粒中，并在远离纳米颗粒/电介质界面进入到电介质基底中时迅速衰减。光强的增强是局部表面等离共振的一个重要方面，局域意味着LSPR有很高空间频率（亚波长），并且仅受纳米粒子尺寸的限制。由于电场振幅的增强，基于振幅增强的效应如磁光效应也因局部表面等离共振的存在而增强[1][2]。
LSPR是许多测量平面金属（通常是金或银）表面或金属纳米颗粒表面上材料的吸收的基础，也是很多基于颜色的生物传感器应用的基本原理[3][4]。
SPP是沿金属-电介质或金属-空气交界面传播的红外或可见光波段的电磁波。SPP波长比入射光（光子）的波长短[5]。因此，SPP有更严格的空间约束和更高的局部场强[5]。在垂直于交界面的方向上有亚波长量级的约束。表面等离激元会沿交界面传播，直到能量消失，包括被金属吸收或散射到其他方向（例如自由空间）。
基本性质：表面等离激元是外界光场与金属中自由电子相互作用的电磁模，在这种相互作用下外界光场被集体振荡的电子俘获，构成了具有独特性质的SPPs。在平坦的金属/介质界面，SPPs沿着表面传播，由于金属中欧姆热效应，它们将逐渐耗尽能量，只能传播到有限的距离，大约是纳米或微米数量级。只有当结构尺寸可以与SPPs传播距离相比拟时，SPPs特性和效应才会显露出来。随着工艺技术的不断进步，现今已经可以制作特征尺寸为微米和纳米级的电子元件和回路，在这个领域的研究也迅速开展起来。
表面等离激元的应用使得亚波长的显微镜和光刻超出了衍射极限的限制。同时也能够用第一稳态微机械测量光本身的基本属性：电介质中的光子动量。其他的应用有光子数据存储、光振荡和双光子效应等[5][6][7][8]。
表面等离激元主要具有如下的的基本性质：
- 在垂直于界面的方向场强呈指数衰减；
- 能够突破衍射极限；
- 具有很强的局域场增强效应；
- 只能发生在介电参数(实部)符号相反(即金属和介质)的界面两侧。
参考文献
[1] González-Díaz,Juan B.; García-Martín, Antonio; García-Martín, José M.; Cebollada, Alfonso; Armelles, Gaspar; Sepúlveda, Borja; Alaverdyan, Yury; Käll, Mikael (2008). “Plasmonic Au/Co/Au nanosandwiches with Enhanced Magneto-Optical Activity”. Small 4 (2): 202–5.
[2] Du, Guan Xiang; Mori, Tetsuji; Suzuki, Michiaki; Saito, Shin; Fukuda,Hiroaki; Takahashi， Migaku (2010). “Evidence of localized surface plasmon enhanced magneto-optical effect in nanodisk array”. Appl. Phys. Lett. 96 (8): 081915.
[3] Haes A J ,Zou S ,Schatz G C , et al .J Phys ChemB , 2004,108(1):109
[4] McFarland A .D,Van Duyne R P.Nano Lett, 2003, 3(8):1057
[5] NIST researchers,Nanofabrication Research Group. “Three-Dimensional Plasmonic Metamaterials”. National Institute of Science and Technology. Retrieved 2011-02-15.
[6] Yarris, Lynn. “GRIN Plasmonics…” (Online news release). U.S. Department of Energy National Laboratory Operated by the University of California. Retrieved 2011-02-15.
[7] Barnes, William L.; Dereux, Alain; Ebbesen, Thomas W. (2003). “Surface plasmon subwavelength optics” (PDF). Nature 424 (6950): 824–30.
[8] NIST researchers, Nanofabrication Research Group. “Nanoplasmonics” (Online). National Institute of Science and Technology. Retrieved 2011-02-15.
