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 在《先進材料》上發表的一項研究中，中國科學院中國科學技術大學合肥微尺度國家物理科學實驗室的研究人員利用電子-質子共摻雜策略發明了一種新型金屬類半導體材料，具有出色的等離子體共振性能。這種材料獲得了類似金屬的超高自由載流子濃度，從而產生了強大且可調諧的等離激元場。

等離子體材料廣泛應用于顯微鏡、傳感、光學計算和光伏等領域。最常見的等離子體材料是金和銀。其他一些材料也表現出類似金屬的光學特性，但在有限的波長范圍內表現較差。

近年來，人們在尋找除貴金屬外的高性能等離子體材料方面做了大量的努力。金屬氧化物半導體材料具有豐富的光、電、熱、磁等可調諧特性。氫化處理可以有效地改變它們的電子結構，達到豐富的、可調諧的等離子體效應。金屬氧化物材料中游離載流子的濃度本來就很低，如何顯著提高其濃度是一個挑戰。

本研究的研究人員通過理論計算開發了一種電子-質子共摻雜策略。他們在溫和的條件下，通過簡化的金屬酸處理對半導體材料MoO3進行氫化，實現了可控的絕緣體到金屬的相變，從而顯著增加了金屬氧化物材料中自由載流子的濃度。

氫化MoO3材料中的自由電子濃度相當于貴金屬的自由電子濃度。這一特性使得材料的等離子體共振響應從近紅外區域移動到可見光區域。材料的等離子體共振響應具有較強的增益和可調性。

利用超快光譜表征和第一原理模擬，研究人員揭示了含氫HxMoO3的準金屬能帶結構及其電漿子響應的動力學特征。

為了驗證他們的修飾，他們對材料上羅丹明6G分子進行了表面增強拉曼光譜(SERS)。結果表明，SERS增強因子高達1.1×10^7，檢測限低至1×10^-9 mol/L。

本研究開發了一個通用的策略來增加自由運營商的濃度在非金屬半導體材料系統中,不僅實現了quasi-metallic階段材料以低成本和可調等離子體效應強,但也大大擴大了變量范圍的半導體材料的物理和化學性質。為新型金屬氧化物功能材料的設計提供了獨特的思路和指導。