近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所研究團隊在鈣鈦礦X射線(xiàn)探測及成像研究方面取得新進(jìn)展。研究人員創(chuàng )新性地提出了一種名為“異相鉸連策略（Out-of-Phase Articulation Strategy, OPAS）”的新思路，將異相CsPb₂Br₅鈣鈦礦摻入CsPbBr₃體相之中，從而構建電子（空穴）快速通道，實(shí)現體相載流子的高速率傳輸，獲得了2.58×10⁵ μC Gy_air^-1 cm^-2的高X射線(xiàn)探測靈敏度和127.9 nGy_air^-1的低檢測限，與TFT板集成可實(shí)現X射線(xiàn)成像。相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)上。

與傳統的α-Se、CsI和CdZnTe等探測器材料相比，金屬鹵化物鈣鈦礦因其高靈敏度、低探測限以及優(yōu)異的空間分辨率，已在醫療影像、無(wú)損檢測和安全檢查等領(lǐng)域展示出廣闊的應用前景。特別是無(wú)機鈣鈦礦CsPbBr₃，以其出色的環(huán)境穩定性和高溫可塑性在眾多鈣鈦礦材料中脫穎而出。然而，CsPbBr₃通常以單晶形式被報道，制備難度大且成本高。多晶形式制備的CsPbBr₃器件，則會(huì )出現體相載流子遷移率極低的情況，這對于其用于陣列成像有較大的限制。

固體所能源材料與器件制造研究部的研究人員提出“異相鉸連策略”，在CsPbBr₃的晶界中鉸接2D CsPb₂Br₅的第二相。2D結構CsPb₂Br₅的引入不會(huì )導致電流基線(xiàn)的降低，相反，它提高了CsPbBr₃體內的載流子遷移率。2D CsPb₂Br₅在CsPbBr₃的晶界中建立電子（空穴）加速通道，在X射線(xiàn)照射下，通過(guò)施加25 V低電壓，實(shí)現了2.58×10⁵ μC Gy_air cm^-2的高靈敏度，并在0.5 V電壓下具有127.9 nGy_air s^-1的最小檢測極限，獲得了1.57 lp mm^-1的高空間分辨率（MTF=0.2）。

此外，研究人員進(jìn)一步在薄膜晶體管(TFT)背板上集成多晶CsPb₂Br₅/CsPbBr₃，實(shí)現了多像素X射線(xiàn)面陣成像。這一重要突破不僅證明了CsPbBr₃材料在成像應用中的可行性，更為鈣鈦礦在X射線(xiàn)成像技術(shù)中的應用開(kāi)辟了新的材料體系和設計思路。

上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、合肥物質(zhì)院院長(cháng)基金等項目的支持。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202401220

圖. CsPb₂Br₅增強CsPbBr₃中電荷載流子傳輸：（a）開(kāi)爾文探針繪制的CsPbBr₃和CsPb₂Br₅界面之間的接觸電位差。左圖顯示無(wú)外部偏壓時(shí)的接觸電勢圖，右圖顯示對CsPbBr₃側施加1 V偏壓時(shí)的接觸電勢圖；（b）0 V和1 V時(shí)CsPbBr₃和CsPb₂Br₅之間的電勢變化；（c）當CsPbBr₃體相中的電子通過(guò)CsPb₂Br₅時(shí)發(fā)生電子加速，以及界面修復示意圖；（d）在1 V偏壓下將正電壓施加到CsPb₂Br₅一側的金電極上，晶圓器件的暗電流；（e）當將正電壓施加到未被CsPb₂Br₅處理的晶圓的金電極側時(shí)，晶圓器件在1 V偏壓下的暗電流；（f）在1 V偏壓下純CsPbBr₃晶圓器件的暗電流。