иcтoчник : www.nkj.ru
Исследователи университета ´Дубна´ разработали метод получения улучшенных перовскитных кристаллов для детекторов рентгеновского излучения нового поколения. Они будут работать лучше, чем кремний и аморфный селен, используемые в современных устройствах.
Галогенидные перовскиты и их производные становятся перспективным классом материалов для обнаружения ионизирующего излучения. Уникальное сочетание высоких атомных номеров, эффективной люминесценции, регулируемых оптоэлектронных свойств, устойчивости к дефектам и низкой стоимости синтеза делает их многообещающей альтернативой традиционным материалам. К этому стоит добавить лучшее поглощение ионизирующего излучения, меньшие требования к чистоте сырья, большую чувствительность и возможность встраивания в небольшие или гибкие конструкции. Одним из лучших ´кандидатов´ для применения в детекторах рентгеновского излучения служит бромид цезия-свинца (CsPbBr3). Однако получение его крупных высококачественных монокристаллов доступными методами остаётся серьёзной проблемой.
Синтезированные кристаллы CsPbBr3(Источник: пресс-релиз университета ´Дубна´)
Демонстрация люминесценции полученных кристаллов (Источник: пресс-релиз университета ´Дубна´)
Исследователи из университета ´Дубна´ смогли предложить эффективный и простой метод получения как больших монокристаллов, так и нанокристаллов (квантовых точек) бромида цезия-свинца. С его помощью можно не только вырастить кристаллы, но и улучшить их свойства, важные для применения в оптоэлектронике. Метод получения кристаллов описан в статье ´ Antisolvent-assisted growth of centimeter-scale CsPbBr3perovskite single crystals: A theory-guided approach ´, опубликованной в журнале Journal of Crystal Growth (2026)
Для синтеза монокристаллов был модифицирован метод кристаллизации с помощью паров осадителя (антирастворителя). Осадитель - это химический реагент, который добавляется в раствор для снижения растворимости целевого вещества, что вызывает его выпадение из жидкой фазы в виде кристаллов. Каждый технологический этап обоснован теоретическими расчётами, позволившими чётко определить параметры ´окна роста´ кристалла и оптимальную концентрацию исходных материалов. Это позволяет за одну неделю при комнатной температуре и атмосферном давлении вырастить кристаллы размером до 1 см.
Перовскитные галогениды - уникальный ´конструктор´ с идеальными физическими свойствами. Тяжёлые элементы в их составе - своего рода ´щит´, поглощающий рентгеновские лучи в разы лучше, чем кремний. Они дешевле в производстве - нужны растворы, минимальное оборудование и небольшие температуры, в то время как кремниевые кристаллы выращивают в печах при огромной температуре. Сейчас мы подошли к технологическому пределу возможностей старых материалов. Традиционные детекторы на основе кремния или аморфного селена работают неплохо, но чтобы получить четкую детализированную картинку, приходится увеличивать лучевую нагрузку на пациента. К тому же, для них нужны громоздкие панели - а мы рассчитываем, что наши разработки можно будет использовать ещё и в небольших, гибких конструкциях´, - сообщил руководитель научно-исследовательской работы доктор физико-математических наук Рашид Назмитдинов.
Разработанную методику исследователи совместно с коллегами из ИФХЭ им. Фрумкина РАН использовали в исследовании, посвящённом улучшению подвижности электронов в кристаллах. Для этого в процессе выращивания они были допированы ионами хлора, благодаря чему удалось добиться более высокой электропроводимости материала.
Эта работа - прямой шаг к созданию первых прототипов рентген-детекторов на основе перовскитных галогенидов. Подобные рентген-детекторы применяются в медицинских томографах, рентген-аппаратах, сканерах на вокзалах и в аэропортах, дефектоскопах в промышленности и дифрактометрах, позволяющих рассмотреть структуры самых разных материалов на атомном уровне.
По материалам пресс-релиза университета ´Дубна
Автор: Алексей Понятов