在《先进材料》上发表的一项研究中，中国科学院中国科学技术大学合肥微尺度国家物理科学实验室的研究人员利用电子-质子共掺杂策略发明了一种新型金属类半导体材料，具有出色的等离子体共振性能。这种材料获得了类似金属的超高自由载流子浓度，从而产生了强大且可调谐的等离激元场。

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。其他一些材料也表现出类似金属的光学特性，但在有限的波长范围内表现较差。

近年来，人们在寻找除贵金属外的高性能等离子体材料方面做了大量的努力。金属氧化物半导体材料具有丰富的光、电、热、磁等可调谐特性。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。金属氧化物材料中游离载流子的浓度本来就很低，如何显著提高其浓度是一个挑战。

本研究的研究人员通过理论计算开发了一种电子-质子共掺杂策略。他们在温和的条件下，通过简化的金属酸处理对半导体材料MoO3进行氢化，实现了可控的绝缘体到金属的相变，从而显著增加了金属氧化物材料中自由载流子的浓度。

氢化MoO3材料中的自由电子浓度相当于贵金属的自由电子浓度。这一特性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。材料的等离子体共振响应具有较强的增益和可调性。

利用超快光谱表征和第一原理模拟，研究人员揭示了含氢HxMoO3的准金属能带结构及其电浆子响应的动力学特征。

为了验证他们的修饰，他们对材料上罗丹明6G分子进行了表面增强拉曼光谱(SERS)。结果表明，SERS增强因子高达1.1×10^7，检测限低至1×10^-9 mol/L。

本研究开发了一个通用的策略来增加自由运营商的浓度在非金属半导体材料系统中,不仅实现了quasi-metallic阶段材料以低成本和可调等离子体效应强,但也大大扩大了变量范围的半导体材料的物理和化学性质。为新型金属氧化物功能材料的设计提供了独特的思路和指导。