【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(tuán)隊(duì)牛廣達(dá)教授在高能輻射探測領(lǐng)域取得進(jìn)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(xué)》(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(zhǔn)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)致靈敏度和穩(wěn)定性難以兼顧。
 

　　針對上述挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)深入分析輻射與材料的相互作用機(jī)制，提出一種基于“晶格錨定增強(qiáng)動態(tài)修復(fù)”的材料設(shè)計(jì)策略。該策略的核心在于對鈣鈦礦A位陽離子進(jìn)行合金化設(shè)計(jì)：引入無機(jī)Cs?作為結(jié)構(gòu)“錨點(diǎn)”，增強(qiáng)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(shí)，保留有機(jī)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(kuò)散回遷至晶格位置，實(shí)現(xiàn)動態(tài)修復(fù)?；谶@一思想，團(tuán)隊(duì)進(jìn)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(yuǎn)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(tuán)隊(duì)還將探測器集成至微型模塊，實(shí)現(xiàn)了放射治療過程中的實(shí)時(shí)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(fù)策略為開發(fā)抗輻照半導(dǎo)體材料提供了新思路。研究成果不僅為精準(zhǔn)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(xué)基金和重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助，華中科技大學(xué)博士生尹航、深圳先進(jìn)院巫皓迪博士、張揚(yáng)為論文第一作者，牛廣達(dá)教授和中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)高玉婷研究員為共同通訊作者。