中国科学技术大学（以下简称中国科大）教授罗毅、张群、江俊团队在基于金属氧化物半导体材料的等离激元学研究方面取得突破性进展，他们采用最新发展的“电子—质子协同掺氢”策略，实现类金属的超高自由载流子浓度，从而获得了强且可调的等离激元效应。该成果近日在线发表于《先进材料》。
表面等离激元起源于金属或高掺杂半导体纳米结构中类自由电子在外电磁场激发下， 电子运动与电磁场互相激励产生的共谐振荡，该效应可以使贵金属等纳米颗粒具有丰富的光学性质。
在传统贵金属之外，探索具有高性能等离激元效应的非金属新材料，是当前等离激元学基础研究及应用研发的热点。金属氧化物半导体材料具有丰富可调的光、电、热、磁等性质，对其采取氢化处理可有效修饰其电子结构，从而获得丰富可调的等离激元效应，但关键挑战在于如何显著提高这类材料的低自由载流子浓度。
基于“电子—质子协同掺氢”策略，中国科大团队实现三氧化钼半导体材料在温和条件下的可控加氢，大幅提升了该材料自由载流子浓度。氢化后的三氧化钼自由电子浓度与贵金属相当，使得该材料等离激元共振响应从近红外区移至可见光区，且兼具强增益及可调性。
这项工作创新性地发展出一种调控非金属半导体材料系统中自由载流子浓度的一般性策略，不仅低成本地实现了具有强且可调的等离激元效应的准金属相材料，而且显著地拓宽了半导体材料物化性质的可变范围，为新型金属氧化物功能材料的设计提供了新思路。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202004059
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