【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科學院大學光電學院孟祥悅研究團隊成功開發(fā)了一種面向強屏蔽環(huán)境的低劑量 X 射線探測與信號解碼技術，相關研究成果以“Halogen Substitution in Lead-Free Double Perovskites toward Ultralow-Dose X-ray Detection and Signal Decoding”為題發(fā)表在電子器件領域國際權威期刊《IEEE Electron Device Letters》上。該工作提出端基鹵素取代晶體工程策略，研制新型二維無鉛雙金屬鈣鈦礦X射線探測器，實現(xiàn)超高靈敏度、超低檢測限X射線響應，并完成強鋁屏蔽層下低劑量 X 射線通信信號解碼演示，為強屏蔽環(huán)境下的低劑量信號識別與可靠信息解碼提供了新的探測器件支撐。
 

　　X射線具備波長極短、穿透能力強、不受電磁干擾等獨特優(yōu)勢，在深空探測、核防護空間、大型工業(yè)設施、應急特種通信等強屏蔽場景中，是傳統(tǒng)無線通信的重要替代方案。但X射線穿透屏蔽介質后劑量大幅衰減，現(xiàn)有商用探測器普遍存在噪聲高、探測下限高、載流子輸運性能差等短板，難以實現(xiàn)微弱X射線信號穩(wěn)定識別與可靠解碼，制約了X射線通信技術落地應用。為解決這一問題，研究團隊從材料分子結構設計出發(fā)，在A位有機陽離子末端引入碘原子，構筑了新型二維無鉛雙金屬鈣鈦礦(I-PA)4AgBiI8。該端基鹵素取代策略增強了有機分子的極化能力和碘相關分子間相互作用，有助于穩(wěn)定二維雙鈣鈦礦晶體結構，同時提升材料的介電屏蔽能力，促進 X 射線誘導載流子的有效產(chǎn)生、分離與收集。實驗結果表明，該材料具有較高的介電常數(shù)(εr = 38.1)、較低的激子結合能(Eb = 50.4 meV)和較高的晶體密度(3.452 g cm-3)，為高效 X 射線吸收與載流子輸運提供了材料基礎?；?I-PA)4AgBiI8 構筑的 X 射線探測器表現(xiàn)出優(yōu)異的低劑量探測能力，器件遷移率-壽命積達到 1.2 × 10-3 cm2 V-1，最高靈敏度達到 1.79 × 104 μC Gyair-1 cm-2，并在 100 V 偏壓下實現(xiàn)了低至 0.012 nGyair s-1 的系統(tǒng)級檢測限。同時，較高的離子遷移活化能有助于降低暗電流漂移和噪聲累積，使器件在長時間連續(xù)工作過程中保持良好的響應穩(wěn)定性。
 

　　在高性能探測的基礎上，研究團隊進一步開展了低劑量 X 射線信號解碼驗證。實驗中，研究人員通過調制 X 射線源，將輸入電壓信號編碼為摩爾斯碼，并利用(I-PA)4AgBiI8 探測器接收和解析信號，實現(xiàn)了代表“UCAS”的摩爾斯碼信息識別。為模擬強屏蔽傳輸環(huán)境，研究團隊將 X 射線束穿過 18.8 mm 厚鋁板，使劑量率衰減至 157 nGy s?¹。在低劑量和強衰減條件下，探測器仍可實現(xiàn)準確的信號識別，并完成像素圖案信息的傳輸與重構，展示了其在強屏蔽環(huán)境下低劑量信息傳輸與識別中的應用前景。
 

　　該工作通過鹵素取代分子工程同步優(yōu)化無鉛鈣鈦礦晶體穩(wěn)定性、介電特性與載流子輸運性能，打通了超低劑量X射線探測與信息解碼一體化實現(xiàn)路徑。成果不僅為高靈敏、低噪聲、環(huán)境友好型X射線探測器提供全新分子設計思路，也為深空探測、核工業(yè)在線監(jiān)測、密閉空間應急通信等國家關鍵場景提供高性能探測器件解決方案。本研究得到北京自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務費與中國科學院大學專項科研項目聯(lián)合資助。論文第一作者為中國科學院大學博士研究生王麗霞；通訊作者為光電學院孟祥悅教授。
 

　　引用：光電學院孟祥悅課題組在低劑量X射線探測與信號解碼領域取得新進展 中國科學院大學 【引用時間：2026年7月7日】