PLASMONS ET POLARITONS DE SURFACE ET LEURS APPLICATIONS

Résumé
Les ondes électromagnétiques de surface (OES) sont connues depuis le début du siècle. Il est probable qu'elles ont été considérées pour la première fois dans la littérature dans le livre d'Emil Cohn "Das elektromagnetische Feld" publié en 1900{1}. Cohn était un ami et camarade d'études de Heinrich Hertz. Vers cette époque, Marconi avait commencé ses émissions de TSF à travers l'Océan Atlantique et les physiciens s'intéressèrent au problème correspondant : la propagation des ondes radio le long de la surface de la Terre. Les premiers résultats sont dûs à J. Zenneck, un élève de E. Cohn, qui discuta les ondes de Zenneck en 1907{2}. Le problème est un exemple intéressant de physique mathématique et on en trouve une très bonne discussion dans le vol. 6 des Leçons de Physique Théorique de A. Sommerfeld, intitulé "Les équations aux dérivées partielles de la physique'' {3}. On trouve que le potentiel dû à une antenne verticale et mesuré à une certaine distance de la terre est celui d'une onde de surface dont les propriétés sont analogues à celles des ondes de surface déjà étudiées en mécanique des fluides. L'importance des OES en optique a été remarquée pour la première fois par U. Fano {4} qui s'en est servi pour expliquer les anomalies de Wood des réseaux de diffraction {5}. On examine les principales propriétés des OES ainsi que les différentes méthodes utilisées pour les engendrer et pour les détecter. A partir de leurs propriétés, il est clair que les OES sont des modes de surface ou d'interface et sont, par conséquent, très sensibles à toute modification de la surface ou de l'interface à laquelle elles appartiennent. Ceci a conduit à leurs premières applications à l'étude des surfaces et des films superficiels très minces.Une autre propriété spécifique des OES est leur capacité à amplifier considérablement le champ électrique à la surface, ce qui peut conduire aussi à un certain nombre d'applications. Pour une revue approfondie du sujet, voir par ex. Surface polaritons, Electromagnetic waves at surfaces and interfaces {6}.

Abstract
The surface electromagnetic waves (SEW) are known since the beginning of our century. It is likely that they appeared for the first time in the literature in Emil Cohn's book "Das elektromagnetische Feld" which was published in 1900 {1}. Cohn was a friend and fellow of Heinrich Hertz. At that time, Marconi started his wireless emissions across the Atlantic Ocean, and the physicists became interested in the corresponding problem : radio-wave propagation along earth's surface. The first results are due to J. Zenneck, a pupil of E. Cohn, who discussed the so-called Zenneck-waves in 1907 {2}. The problem is an interesting example of mathematical physics and a very good discussion can be found in the vol. 6 of the Lessons of Theoretical Physics by A. Sommerfeld, called "Partial differential equations of physics" {3}. It is found that the potential due tou a vertical antenna and measured at a distance from the earth is that of a surface wawe, the properties of which are similar to those of the surface waves already studied in fluid mechanics. The importance of SEW in optics was first noticed by U. Fano {4} who used them in order to explain Wood's anomalies of diffraction gratinges {5}. The main properties of the SEW are examined together with the various methods used to excite and detect them. From their properties, it appears that SEW can be considered as surface or interface modes and are, therefore, very sensitive to any modification of the surface or interface to which they belong. This had led to their first applications to the study of surfaces and very thin superficial layers. Another specific propety of the SEW is their ability to notably amplify the electric field at the surface, which can lead to many applications. For a thorough review of the subject, see e.g. Surface polaritons ; Electromagnetic waves at surfaces and interfaces {6}.