I en studie publicerad i Avancerade material , forskare från Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, University of Science and Technology i Kina vid den kinesiska vetenskapsakademin, med hjälp av en elektron-proton-samdopningsstrategi, uppfann ett nytt metallliknande halvledarmaterial med utmärkt plasmonisk resonansprestanda. Detta material uppnår en metallliknande ultrahög fribärarkoncentration som leder till ett starkt och avstämbart plasmonfält.

Plasmoniska material används i stor utsträckning inom områdena inklusive mikroskopi, avkänning, optisk beräkning och solceller. De vanligaste plasmoniska materialen är guld och silver. Vissa andra material visar också metallliknande optiska egenskaper men presterar bara dåligt i begränsade våglängdsområden.

På senare år har mycket arbete har gjorts för att hitta högpresterande plasmoniska material exklusive ädelmetaller. Metalloxid halvledarmaterial har rika och avstämbara egenskaper som ljus, elektricitet, värme, och magnetism. Hydrogeneringsbehandling kan effektivt modifiera deras elektroniska struktur för att nå rika och avstämbara plasmoneffekter. Det är en utmaning att avsevärt öka den inneboende låga koncentrationen av fria bärare i metalloxidmaterial.

Forskarna i denna studie utvecklade en elektron-proton-samdopningsstrategi med teoretiska beräkningar. De hydrerade halvledarmaterialet MoO ₃ via en förenklad metallsyrabehandling vid milda förhållanden, realisera den kontrollerbara fasövergången isolator-till-metall, vilket avsevärt ökar koncentrationen av fria bärare i metalloxidmaterialet.

Den fria elektronkoncentrationen i den hydrerade MoO ₃ materialet är likvärdigt med ädelmetallens. Denna egenskap gör att plasmonresonanssvaret hos materialet rör sig från det nära infraröda området till området med synligt ljus. Materialets plasmonresonanssvar har både stark förstärkning och justerbarhet.

Genom att använda ultrasnabba spektroskopikarakteriseringar och simuleringar av första principen, forskarna avslöjade den kvasimetalliska energibandstrukturen i den vätedopade HxMoO ₃ med dess dynamiska egenskaper hos plasmoniska svar.

För att verifiera deras ändring, de utförde de ytförstärkta Raman-spektra (SERS) av rhodamine 6G-molekyler på materialet. Resultatet visade att SERS -förbättringsfaktorn nådde så hög som 1,1 × 10 ⁷ med en detektionsgräns vid så låg koncentration som 1 × 10 ^-9 mol/L.

Denna studie utvecklade en allmän strategi för att öka koncentrationen av fria bärare i ett icke-metalliskt halvledarmaterialsystem, som inte bara realiserade ett kvasimetalliskt fasmaterial med stark och avstämbar plasmoneffekt till låg kostnad, men också avsevärt breddade det variabla området för de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos halvledarmaterial. Det ger en unik idé och vägledning för att designa nya funktionella metalloxidmaterial.