等離子體材料廣泛應用於顯微鏡、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，只是在有限的波長範圍內表現不佳。
近年來，人們在尋找除貴金屬以外的高性能等離子體材料方面做了很多努力。金屬氧化物半導體材料具有豐富的光、電、熱、磁等可調控性能。氫化處理可以有效地改變其電子結構，達到豐富和可調諧的等離激元效應。如何顯著提高金屬氧化物材料中固有的低濃度自由載流子是一個挑戰。
在《Advanced Materials》上發表的一項研究中，來自中國科學院大學的研究人員，採用電子-質子共摻雜策略，開發了一種具有優異質子共振性能的新型金屬類半導體材料。該材料實現了金屬類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。
本研究中，研究人員通過理論計算，開發了一種電子-質子共摻雜策略。他們在溫和條件下通過簡化的金屬酸處理對半導體材料MoO3進行氫化處理，實現了可控的絕緣體到金屬的相變，顯著提高了金屬氧化物材料中的自由載流子濃度。
氫化MoO3材料中的自由電子濃度與貴金屬相當。這一特性使得材料的等離子體激元共振響應從近紅外區向可見光區移動。材料的等離子體共振響應具有很強的增益性和可調節性。利用超快光譜表徵和第一原理模擬，研究人員揭示了摻氫HxMoO3中的準金屬能帶結構及其質子響應的動力學特徵。
為了驗證其改性效果，他們在材料上進行了Raman 6G分子的表面增強拉曼光譜（SERS）。結果表明，在濃度低至1×10-9 mol/L時，SERS增強因子高達1.1×107，檢測限為1×10-9 mol/L。
論文標題為《HydrogenDopingInduced MetalLike Ultrahigh FreeCarrier Concentration in MetalOxide Material for Giant and Tunable Plasmon Resonance》。