La réponse diélectrique des conducteurs aux ondes électromagnétiques

Abstract

Cette étude théorique basée sur le modèle de Drude-Lorentz a permis d’observer la réaction de certains milieux métalliques, aux ondes électromagnétiques. Le comportement de ces ondes s’avère différent selon le domaine de fréquence. Trois domaines du spectre électromagnétique ont été exploités : l’infrarouge, le visible et l’ultra-violet. L’étude des deux parties réelle et imaginaire du vecteur d’onde est déterminante et illustre bien le comportement de l’onde lors de sa rencontre avec le milieu. Lorsque , les deux parties prennent les mêmes valeurs ensuite l’écart devient visible et s’élargie au fur et à mesure que la fréquence s’élève. La fonction d’onde comporte un terme décrivant une atténuation et un autre, une propagation, avec une vitesse de phase qui théoriquement augmente avec la fréquence, cependant, la présence du terme d’atténuation empêche l’onde d’aller plus loin et limite sa propagation sur une distance de quelques valeurs de l’épaisseur de peau. L’onde ainsi obtenue correspond à une onde évanescente, c'est-à-dire une onde ne se propageant pas dans le milieu. Lorsque la fréquence s’élève encore, l’écart entre les deux parties du vecteur d’onde devient important et on assiste à une domination flagrante de la partie imaginaire jusqu’à . Le vecteur d’onde est imaginaire pur et l’onde ne pénètre pas dans le milieu. Le facteur de réflexion égal à un, confirme le grand pouvoir réflecteur des métaux pour les fréquences inférieures à . Lorsque , l’onde correspondante est une onde plasma. Elle est à l’origine d’une oscillation collective des électrons engendrée par la présence du champ électrique périodique. Lorsque , le vecteur d’onde est désormais réel, signifiant que l’onde ne sera pas absorbée mais plutôt elle se propage normalement avec une atténuation faible tendant vers zéro. Le milieu ressemble au vide, bien confirmé par la tendance rapide et simultanée vers la valeur unité du facteur de transparence, ainsi que de l’indice de réfraction. Quant à la conductivité électrique, l’augmentation des fréquences contraint le métal à devenir électriquement plus résistant, un résultat illustré par la décroissance rapide de la conductivité vers une valeur nulle au fur et à mesure que les fréquences s’étendent vers les valeurs élevées.