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阿贡国家实验室开发新型X射线探测器

编译者:魏韧发布时间:2020-9-14点击量:84 来源栏目:前沿研究

进行X光检查存在因辐射暴露增加癌症风险的可能。目前研究人员已经发现了一种新的方法,可以用较低的曝光量生成精确的X射线图像,这要归功于一组令人兴奋的材料。

美国能源部(DOE)阿贡国家实验室和洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家们定义了一种基于层状钙钛矿的新型X射线探测器,这种半导体材料也用于如太阳能电池和发光二极管等其他应用领域。这种基于新材料的探测器比传统的硅基X射线探测器灵敏度高100倍,可能很快就会进入各种不同的日常环境。

钙钛矿材料之所以有效,是因为它以喷涂薄膜的形式沉积,这种生产方法与生长大型硅单晶相比,更有利于降低成本。原型的核心钙钛矿材料可以用低成本的溶液工艺制造技术生产。这种高性价比、高灵敏度、自供电的探测器,可以从根本上改进现有的X射线探测器,带来很多意想不到的应用。

新型钙钛矿探测器还可以探测宽能量范围内的X射线,尤其是在较高的能量下。因为钙钛矿含有重元素,如铅和碘,它们比硅更容易吸收X射线。只要薄膜做得厚一点,外加一个小电压,钙钛矿技术甚至有可能用作伽马射线探测器。

钙钛矿材料的开发和分析由阿贡国家实验室先进光子源APS(beamline 8-ID-E)和洛斯阿拉莫斯国家实验室装置物理学家Wanyi Nie领导的团队合作开展。材料和薄膜是在洛斯阿拉莫斯国家实验室制造,并被送到阿贡国家实验室进行掠入射广角X射线散射,提供关于薄膜结晶度的信息,显示了晶体如何在薄膜中定向,这关系到探测器的性能。

研究人员还对薄膜的电荷传输特性与晶体结构和温度之间的关系进行研究。通过使用可在测量过程中改变样品温度并进行电接触的特殊平台,理解X光照射在样品上引发的电流产生和传输过程。他们认为,钙钛矿领域可能会继续产生重要的突破。

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