中国科学技术大学 信用:CC0公共领域 在《高级材料》杂志发表的一项研究中，中国科学院中国科学技术大学合肥微尺度物理科学国家实验室的研究人员利用电子-质子共掺杂策略，发明了一种具有优异等离子体共振性能的新型类金属半导体材料
这种材料实现了类似金属的超高自由载流子浓度，这导致了强且可调的等离子体场
等离子体材料广泛应用于显微镜、传感、光学计算和光伏等领域
最常见的等离子体材料是金和银
其他一些材料也显示出类似金属的光学特性，但在有限的波长范围内表现不佳
近年来，在寻找除贵金属之外的高性能等离子体材料方面已经做了很多努力
金属氧化物半导体材料具有丰富且可调的特性，如光、电、热和磁
氢化处理可以有效地改变它们的电子结构，达到丰富的、可调谐的等离子体效应
显著增加金属氧化物材料中固有的低浓度自由载流子是一个挑战
在这项研究中，研究人员开发了一种电子-质子共掺杂策略，并进行了理论计算
他们在温和的条件下通过简化的金属酸处理氢化了半导体材料MoO3，实现了可控的绝缘体到金属的相变，这显著增加了金属氧化物材料中自由载流子的浓度
氢化三氧化钼材料中的自由电子浓度相当于贵金属的自由电子浓度
这种性质使得材料的等离子体共振响应从近红外区域移动到可见光区域
该材料的等离子体共振响应具有很强的增益和可调性
利用超快光谱表征和第一性原理模拟，研究人员揭示了掺氢HxMoO3的准金属能带结构及其等离子体激元响应的动力学特征
为了验证他们的修饰，他们在材料上进行了罗丹明6G分子的表面增强拉曼光谱(SERS)
结果表明，SERS增强因子高达1
浓度低至1 × 10-9摩尔/升时的检测限为1 × 107
本研究开发了一种提高非金属半导体材料体系中自由载流子浓度的通用策略，不仅以低成本实现了具有强且可调谐等离子体效应的准金属相材料，而且显著拓宽了半导体材料物理和化学性质的可变范围
为设计新型金属氧化物功能材料提供了独特的思路和指导
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