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.
