Crédito:CC0 Public Domain
En un estudio publicado en Materiales avanzados , investigadores del Laboratorio Nacional de Ciencias Físicas de Hefei a Microescala, la Universidad de Ciencia y Tecnología de China de la Academia de Ciencias de China, utilizando una estrategia de codopaje electrón-protón, inventó un nuevo material semiconductor similar al metal con un excelente rendimiento de resonancia plasmónica. Este material logra una concentración de portador libre ultra alta similar a un metal que conduce a un campo plasmónico fuerte y sintonizable.
Los materiales plasmónicos se utilizan ampliamente en los campos que incluyen microscopía, sintiendo computación óptica y fotovoltaica. Los materiales plasmónicos más comunes son el oro y la plata. Algunos otros materiales también muestran propiedades ópticas similares a las del metal, pero su desempeño es pobre en rangos de longitud de onda limitados.
En años recientes, Se ha realizado un gran esfuerzo para encontrar materiales plasmónicos de alto rendimiento que excluyan los metales nobles. Los materiales semiconductores de óxido de metal tienen propiedades ricas y ajustables como la luz, electricidad, calor, y magnetismo. El tratamiento de hidrogenación puede modificar eficazmente su estructura electrónica para lograr efectos de plasmón ricos y sintonizables. Es un desafío aumentar significativamente la concentración intrínsecamente baja de portadores libres en materiales de óxidos metálicos.
Los investigadores de este estudio desarrollaron una estrategia de dopaje electrón-protón con cálculos teóricos. Hidrogenaron el material semiconductor MoO 3 a través de un tratamiento metal-ácido simplificado en condiciones suaves, Realización de la transición de fase controlable del aislador al metal, que aumentan significativamente la concentración de portadores libres en el material de óxido metálico.
La concentración de electrones libres en el MoO hidrogenado 3 el material es equivalente al del metal precioso. Esta propiedad hace que la respuesta de resonancia del plasmón del material se mueva desde el área del infrarrojo cercano al área de luz visible. La respuesta de resonancia de plasmón del material tiene una gran ganancia y capacidad de ajuste.
Utilizando caracterizaciones de espectroscopia ultrarrápida y simulaciones de primer principio, los investigadores desentrañaron la estructura de banda de energía cuasi-metálica en el HxMoO dopado con hidrógeno 3 con sus características dinámicas de respuestas plasmónicas.
Para verificar su modificación, realizaron los espectros Raman de superficie mejorada (SERS) de moléculas de rodamina 6G en el material. El resultado mostró que el factor de mejora de SERS alcanzó hasta 1,1 × 10 7 con un límite de detección a una concentración tan baja como 1 × 10 -9 prostituta.
Este estudio desarrolló una estrategia general para aumentar la concentración de portadores libres en un sistema de material semiconductor no metálico, que no solo realizó un material de fase cuasi-metálica con efecto plasmón fuerte y sintonizable a bajo costo, pero también amplió significativamente el rango variable de las propiedades físicas y químicas de los materiales semiconductores. Proporciona una idea y una guía únicas para diseñar nuevos materiales funcionales de óxido de metal.
