【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，武漢光電國家研究中心單片集成光電子器件與系統(tǒng)團隊牛廣達教授在高能輻射探測領(lǐng)域取得進展。研究成果以“Highly sensitive and stable perovskite detector for ultrahigh-energy radiations via dynamic repair regulation”為題，于2月9日在線發(fā)表于《自然·光子學》(Nature Photonics)雜志。
高能輻射(如X射線、γ射線、電子束)廣泛存在于放射治療、工業(yè)無損檢測等領(lǐng)域，其精準劑量監(jiān)測對于提升癌癥療效、工業(yè)檢測精度至關(guān)重要。此外，在深空探測等高能輻射環(huán)境中，輻射本身是導致航天器電子元器件損傷和性能退化的主要因素，研制能在此類極端環(huán)境下穩(wěn)定工作的半導體器件同樣具有重要意義。然而，傳統(tǒng)探測器在高能輻射下，常因原子位移損傷導致靈敏度和穩(wěn)定性難以兼顧。
針對上述挑戰(zhàn)，團隊深入分析輻射與材料的相互作用機制，提出一種基于“晶格錨定增強動態(tài)修復”的材料設(shè)計策略。該策略的核心在于對鈣鈦礦A位陽離子進行合金化設(shè)計：引入無機Cs?作為結(jié)構(gòu)“錨點”，增強晶格框架的剛性，抑制輻射引發(fā)的整體結(jié)構(gòu)坍塌；同時，保留有機FA?以維持優(yōu)異的光電特性，并利用輻射電離過程產(chǎn)生的熱效應(yīng)，驅(qū)動被位移的FA?自發(fā)擴散回遷至晶格位置，實現(xiàn)動態(tài)修復。基于這一思想，團隊進一步通過溶劑工程調(diào)控晶體生長過程，成功制備出A位均勻合金化的高質(zhì)量鈣鈦礦單晶。該探測器對高能X射線和電子束均表現(xiàn)出優(yōu)異的探測靈敏度與極佳的輻射耐受性，在遠超傳統(tǒng)器件承受極限的輻照條件下仍保持性能穩(wěn)定。研究團隊還將探測器集成至微型模塊，實現(xiàn)了放射治療過程中的實時劑量監(jiān)測和高精度劑量分布成像。
該工作揭示了鈣鈦礦材料在高能輻射探測領(lǐng)域的潛力，提出的動態(tài)自修復策略為開發(fā)抗輻照半導體材料提供了新思路。研究成果不僅為精準放射治療提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，也為航天電子、核能監(jiān)測等高能輻射環(huán)境下的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
該研究工作得到了國家自然科學基金和重點研發(fā)計劃項目的資助，華中科技大學博士生尹航、深圳先進院巫皓迪博士、張揚為論文第一作者，牛廣達教授和中國地質(zhì)大學(武漢)高玉婷研究員為共同通訊作者。
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