Современная электроника №7/2026

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 36 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 7 / 2026 энергетического пика объяснялся как толщиной самой плёнки, так и окис- ным покрытием алюминия. Авторы провели серию своих изме- рений. В отличие от других работ, экс- перименты Пауэлла и Свона были выполнены в отражательной гео- метрии с использованием схемы Reflection EELS, специально предназна- ченной для более надёжного исследо- вания поверхностных явлений. Результаты их экспериментов пока- зали наличие трёх ярко выраженных пиков потерь энергии 15,3 эВ; 10,3 эВ и 25,6 эВ, показанных на рис. 2 (рис. 2 является реконструкцией автора этой статьи, сделанной по эксперименталь- ным данным [3]). Пик 15,3 эВ Пауэлл и Свон связали с возбуждением объёмных плазмен- ных колебаний алюминия. Пик 10,3 эВ был отнесён к плазменным потерям, возникающим в поверхностных сло- ях металла. Соотношение этих вели- чин составляет 1,49. Эти величины были близки к теоретическим дан- ным, полученным с помощью теории Ритчи (соотношение 1,41). Пик 25,6 эВ авторы не интерпретируют как само- стоятельное возбуждение. Они пока- зали, что спектр характеристических потерь энергии полностью состоит из комбинаций двух фундаменталь- ных потерь: 10,3 эВ и 15,3 эВ. Поэтому пик 25,6 эВ интерпретировался ими как последовательное возбуждение поверхностной и объёмной плазмен- ных потерь (10,3 эВ + 15,3 эВ). Характерно, что в этой статье авто- ры ещё не используют современные термины Surface Plasmon или Surface Plasmon Oscillation. Вместо них встре- чаются выражения Low-Lying Losses, Plasma Losses, Surface Layers и Surface Phenomena, отражающие тот этап раз- вития физики, когда поверхностная природа наблюдаемого эффекта уже была экспериментально установле- на, но его современная интерпрета- ция ещё только формировалась. Уже через несколько месяцев эти экспе- риментальные результаты получи- ли теоретическое объяснение. Весной 1959 года, а именно 30 апре- ля, на конференции APS (Американ- ское Физическое Общество) профессор Университета Мэрилэнда (University of Maryland) Эдвард Стерн (Edward Stern) сообщил о своей новой теоретической модели, которая представляла собой развитие теории Ритчи [4]. В частно- сти, на примере пиков потерь энергии при облучении алюминиевой плёнки быстрыми электронами он объяснил один пик в районе 15 эВ возбуждени- ем объёмной плазмы, а образование второго пика в районе 7 эВ – возбужде- нием колебаний поверхностной плаз- мы, предсказанной Ритчи (Excitation of Ritchie's Surface Plasma Oscillations). В докладе Стерн также показал основ- ные математические детали сво- ей теории. Полный текст доклада был направлен в редакцию «Physical Review» и получен журналом 7 марта 1960 года. Статья вышла в свет 1 октя- бря 1960 года. Благодаря обсуждениям между Пау- эллом и Своном со Стерном, состояв- шимся после его доклада на конфе- ренции APS, учёные договорились об экспериментальной проверке тео- рии в Университете Западной Австра- лии. Австралийские физики оператив- но провели эти эксперименты и уже в конце октября 1959 года направили статью с результатами в редакцию Physical Review. Эта статья была опу- бликована 1 мая 1960 года [5], то есть до выхода работы Стерна [6]. В своей публикации [5] Пауэлл и Свон в спе- циальной сноске ссылаются на доклад Эдварда Стерна на конференции APS- 1959 и выражают ему благодарность за предоставленные данные, позволив- шие провести экспериментальную проверку этой новой теории. Поскольку теория утверждала, что если поверхностный плазмон дей- ствительно существует, то даже очень тонкий слой оксида должен изме- нить его энергию. Именно это и было целью эксперимента Пауэла и Свана. Они измеряли характеристические потери электронов в зависимости от толщины окисла, образующегося на поверхности изначально чистых плё- нок алюминия и магния. Их резуль- таты показали, что поверхностное окисление быстро приводит к исчез- новению низкоэнергетического пика потерь для обоих металлов, в то время как объёмный пик сохранялся. Этот вывод стал прямым доказательством того, что пик с низким уровнем энер- гии обусловлен именно поверхност- ными процессами, и он крайне чув- ствителен к чистоте металлической плёнки. Основные детали этой работы мы подробно рассмотрели в журнале «Современная электроника» № 5, 2026. Описанные эксперименты были продублированы во многих лаборато- риях, и их результаты были призна- ны в качестве «установленного науч- ного факта». Обращаясь вновь к ставшей теперь классической работе Э. Стерна и Р. Феррелла [6], нужно подчеркнуть, что именно здесь впервые одновре- менно появляются два новых поня- тия: Surface Plasma Oscillations – SPO, определяющее само поверхностное коллективное возбуждение вырож- денного электронного газа (плазмы), и Surface Plasmons как определение квантов этого возбуждения. Причём авторы совершенно сознательно вво- дят второе понятие по аналогии с уже существовавшим термином Plasmon, относящимся к объёмным плазмен- ным колебаниям. Кроме того, в этой работе впервые дано теоретическое обоснование возможности управле- ния поверхностными плазмонами в многослойных структурах [6]. Основная идея физиков того вре- мени, занимающихся проблемами поверхностных плазменных коле- баний (в понимании модели Рит- чи), заключалась в том, чтобы отка- заться от сложного, дорогостоящего и небезопасного метода возбужде- ния с помощью быстрых электро- нов. Наиболее привлекательным было бы использование для возбуж- дения электромагнитного излуче- ния (ЭМИ). Первые подобные экспе- рименты проводились по аналогии с известной схемой, в которой поток быстрых электронов был заменён сфо- кусированным световым лучом. Тон- кие фольги из различных металлов облучались светом различных длин волн, различной интенсивности и поляризации. Измерялись по всем направлениям как отражённые, так и «прошедшие» сквозь фольгу сигна- лы. Однако подобные многочисленные эксперименты долгие годы не давали желаемого результата. Исследования поверхностных неизлучающих мод, распространяющихся вдоль границы металл–диэлектрик, были продолже- ны как в ряде теоретических работ, так и в ставших классическими экс- периментах Отто и Кречмана. Эти события последовательно рас- смотрены в следующих разделах. Возбуждение светом поверхностных плазменных колебаний на реальных металлических фольгах В начале 1960-х годов исследова- ния плазменных колебаний интен-