Surface plasmon resonance (SPR) is a phenomenon in which surface plasmons (surface plasmon polaritons, SPs) existing at the interface between nanoscale metals (or heavily doped semiconductors) and dielectrics resonate with incident light. This phenomenon is primarily observed in noble metal nanomaterials and has garnered significant attention due to its unique optical properties.
Through the resonance between surface plasmons and incident photons, surface plasmon polaritons (SPPs) are generated, which propagate collectively along the metal-dielectric interface while exhibiting an exponentially decaying evanescent wave perpendicular to the interface.
SPR is of high research value because it allows light energy to be confined to the surface of nanomaterials and enables the tuning of the wavelength range that induces SPR based on the shape, composition, surrounding environment, and proximity of nanomaterials.
SPR phenomena can be classified into two types: propagating surface plasmon resonance (PSPR), which is observed at the smooth planar interface between noble metals and dielectrics, and localized surface plasmon resonance (LSPR), which occurs in noble metal nanostructures with a curvature smaller than the wavelength of light.
Compared to LSPR, PSPR has a relatively longer propagation length, decay length, and penetration depth, as well as higher sensitivity to the surrounding refractive index. However, it requires a prism or grating for resonance with light. In contrast, LSPR can manifest across a broad spectrum, ranging from ultraviolet and visible to near-infrared and far-infrared regions, depending on the intrinsic properties of the material. Moreover, the LSPR band can be easily adjusted by controlling the structural characteristics of the material.
표면 플라즈몬 공명 (surface plasmon resonance, SPR)은 나노 크기 수준의 금속 (또는 도핑 정도가 큰 반도체)과 유전체의 계면에 존재하는 표면 플라즈몬 (surface plasmon polaritons, SPs)이 입사하는 빛과 공명하는 현상으로, 주로 귀금속 나노물질에서 관찰되며 독특한 광학적 현상을 나타내어 큰 관심을 받고 있습니다.
표면 플라즈몬과 입사 광자의 공명에 의해 금속-유전체의 계면을 따라 집단적으로 진동하며 전달되는 표면 플라즈몬 폴라리톤 (surface plasmon polaritons, SPPs)을 형성하며, 계면으로부터 수직 방향으로 멀어질수록 지수적으로 감소하는 소멸파의 성질과 형태를 갖습니다.
SPR이 연구 가치가 높은 이유는, 빛 에너지를 나노 물질 표면에 국한할 수 있다는 점과 나노 물질의 형태, 조성, 주변 환경, 인접 거리 등에 따라 SPR을 일으키는 파장 대역을 조절할 수 있다는 점입니다.
SPR 현상의 유형은 매끄러운 평판 형태의 귀금속과 유전체 계면에서 관찰되는 전파형 표면 플라즈몬 공명 (propagating SPR, PSPR)과, 빛의 파장보다 작은 크기의 곡률이 큰 귀금속 나노구조체에서 관찰되는 국소 표면 플라즈몬 공명(localized SPR, LSPR)으로 구분할 수 있습니다.
PSPR의 전파 길이 (propagation length), 감쇠 길이 (decay length), 투과 깊이 (penetration depth)는 LSPR에 비해 상대적으로 더 길고 주변 굴절률에 대한 감도가 높지만 프리즘이나 그레이팅 (grating)이 없이는 빛과의 공명이 일어날 수 없습니다. 반면에 LSPR의 경우, 물질의 고유 특성에 따라 자외선, 가시광선, 근적외선 및 원적외선 영역까지 LSPR 현상이 발현될 수 있으며, 구조적 특성을 제어하여 LSPR 밴드를 용이하게 조절할 수 있습니다.
