Сделать рентген у стоматолога или врача в лучшем случае немного неудобно, а в худшем – немного рискованно, поскольку радиационное облучение связано с повышенным риском развития рака. Но исследователи, возможно, обнаружили новый способ создания точных рентгеновских изображений с меньшим количеством экспозиции благодаря захватывающему набору материалов, вызывающих большой интерес.
Ученые из U.S.
Аргоннская национальная лаборатория Министерства энергетики (DOE) и Лос-Аламосская национальная лаборатория определили новый класс детекторов рентгеновского излучения на основе слоистых перовскитов, полупроводникового материала, который также используется в некоторых других типах приложений, таких как солнечные элементы и светодиоды. Детектор с новым материалом в 100 раз более чувствителен, чем обычные кремниевые детекторы рентгеновского излучения.
«Этот новый материал для обнаружения рентгеновских лучей вскоре может найти свое применение в самых разных повседневных средах, от кабинета врача до линий безопасности аэропорта и исследовательских лабораторий», – сказал аргоннский физик-рентгенолог Джозеф Стржалка, который помог охарактеризовать перовскит. материал из аргоннского Advanced Photon Source (APS), пользовательского центра Министерства энергетики США.
Материалы перовскита работают, потому что они осаждаются в виде напыленной тонкой пленки, производственный метод, который помогает снизить затраты по сравнению с необходимостью выращивания большого монокристалла кремния.
Новые перовскитовые детекторы также могут обнаруживать рентгеновское излучение в широком диапазоне энергий, особенно при более высоких энергиях.
Это связано с тем, что перовскит содержит тяжелые элементы, такие как свинец и йод, которые, как правило, поглощают эти рентгеновские лучи легче, чем кремний. Существует даже возможность использования перовскитовой технологии в качестве детектора гамма-излучения при условии, что пленки будут немного толще и будет приложено небольшое внешнее напряжение.
«Перовскитовый материал, лежащий в основе прототипа нашего детектора, может быть произведен с помощью недорогих технологий изготовления раствора», – сказал Синхан (Дэйв) Цай, научный сотрудник Оппенгеймера в Национальной лаборатории Лос-Аламоса. «В результате получился рентабельный, высокочувствительный детектор с автономным питанием, который может радикально улучшить существующие детекторы рентгеновского излучения и потенциально может привести к множеству непредвиденных применений."
Разработка и анализ перовскитового материала проводились в тесном сотрудничестве между Argonne APS (Сектор 8-ID-E) и командой Лос-Аламоса под руководством физика-приборостроителя Ваньи Ни. Материал и тонкая пленка были созданы в Лос-Аламосе и доставлены в Аргонн для выполнения широкоугольного рентгеновского рассеяния при скользящем падении, которое дает информацию о кристалличности тонкой пленки. По словам Стржалки, методика показывает, как кристалл ориентирован в тонкой пленке, что связано с характеристиками детектора.
Стржалка и Ни также интересовались, как свойства переноса заряда пленки связаны с кристаллической структурой и температурой.
Используя специальный столик, который позволил исследователям изменять температуру образца и устанавливать электрические контакты во время измерения, они смогли понять процессы генерации и переноса тока, вызванные в образце рентгеновским облучением.
«Наш прибор на линии пучка представляет собой универсальную платформу для различных видов измерений на месте, включая хранение образца в вакууме при поддержании его температуры, а также выполнение измерений переноса заряда», – сказал Стржалка.
По словам Стржалки, перовскиты могут по-прежнему предлагать важные прорывы. «Область перовскита сейчас очень популярна, и пользователи приходят к нам, чтобы сказать:« можем ли мы сделать это и можем ли мы сделать то », и это действительно подталкивает нас к развитию наших возможностей», – сказал он.
Исследование финансировалось Управлением научных исследований и разработок Лос-Аламосской национальной лаборатории (LDRD) и Управлением науки Министерства энергетики США.