近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院安光所在下一代X射線探測器材料研究領(lǐng)域取得突破,成功解決了CsPbBr3
半導(dǎo)體材料在
輻射探測應(yīng)用中的關(guān)鍵難題,為開發(fā)更安全、更精準(zhǔn)的安全檢查等X射線成像裝備奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)成果相繼發(fā)表于國際期刊Applied Physics Letters和Advanced Functional Materials。
研究團(tuán)隊(duì)采用液氮制冷技術(shù),成功將CsPbBr3單晶X射線探測器的檢測限提升至0.054 nGyair s−1,這意味著該探測器能夠捕捉到極其微弱的X射線信號。這一突破性進(jìn)展得益于液氮低溫環(huán)境下CsPbBr3單晶中深能級缺陷的"凍結(jié)",使材料電阻率提升了兩個量級,顯著降低了探測器的噪聲水平。相關(guān)研究成果發(fā)表于Applied Physics Letters。安光所博士生趙嘯為該論文第一作者,王時茂副研究員、孟鋼研究員和方曉東研究員為該論文通訊作者。
針對CsPbBr3材料易發(fā)生
離子遷移的難題,研究團(tuán)隊(duì)與復(fù)旦大學(xué)方曉生教授團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)出獨(dú)特的晶界缺陷鈍化技術(shù)。通過引入晶界修飾劑,成功將低溫?zé)釅褐苽涞腃sPbBr3多晶材料的離子遷移激活能提高至0.56 eV,使探測器在100 V mm−1強(qiáng)電場下的暗電流漂移降低了兩個量級,展現(xiàn)出優(yōu)異的抗偏壓穩(wěn)定性。基于該技術(shù)制備的CsPbBr3多晶X射線探測器檢測下限達(dá)到9.41 nGyair s−1,性能可媲美CsPbBr3單晶X射線探測器,同時具備高對比度X射線成像能力。相關(guān)研究成果發(fā)表于Advanced Functional Materials。趙嘯為該論文第一作者,王時茂副研究員、孟鋼研究員以及復(fù)旦大學(xué)方曉生教授為共同通訊作者。
這項(xiàng)技術(shù)的突破,意味著未來X光檢查所需的輻射劑量可能大幅降低,特別有利于兒童和孕婦等敏感人群的醫(yī)療檢查。該研究成果不僅為開發(fā)新一代高性能X射線探測器提供了技術(shù)路線,還將推動射線成像設(shè)備向更安全、更精準(zhǔn)的方向發(fā)展。
相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金、核探測與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及量子光學(xué)與光量子器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題等項(xiàng)目的資助。
CsPbBr3多晶塊材晶界修飾前后X射線成像結(jié)果對比
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