近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所在下一代X射線探測(cè)器材料研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展，成功解決了CsPbBr₃半導(dǎo)體材料在輻射探測(cè)應(yīng)用中的關(guān)鍵難題，為開(kāi)發(fā)更安全、更精準(zhǔn)的安全檢查、醫(yī)學(xué)影像等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(guó)際權(quán)威期刊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(cè)器的檢測(cè)限提升至0.054 nGy_air s^?1，這意味著該探測(cè)器能夠捕捉到極其微弱的X射線信號(hào)。這一進(jìn)展得益于液氮低溫環(huán)境下CsPbBr₃單晶中深能級(jí)缺陷的"凍結(jié)"，使材料電阻率提升了兩個(gè)量級(jí)，顯著降低了探測(cè)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(shí)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(duì)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(kāi)發(fā)出獨(dú)特的晶界缺陷鈍化技術(shù)。通過(guò)引入晶界修飾劑，成功將低溫?zé)釅褐苽涞?/span>CsPbBr₃多晶材料的離子遷移激活能提高至0.56 eV，使探測(cè)器在100 V mm^?1強(qiáng)電場(chǎng)下的暗電流漂移降低了兩個(gè)量級(jí)，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(cè)器檢測(cè)下限達(dá)到9.41 nGy_air s^?1，性能可媲美CsPbBr₃單晶X射線探測(cè)器，同時(shí)具備高對(duì)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(shí)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(lái)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(kāi)發(fā)新一代高性能X射線探測(cè)器提供了技術(shù)路線，還將推動(dòng)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(guó)家自然科學(xué)基金、核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及量子光學(xué)與光量子器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1063/5.0224223；

http://doi.org/10.1002/adfm.202500039；

CsPbBr₃多晶塊材晶界修飾前后X射線成像結(jié)果對(duì)比