【儀表網 研發快訊】近日，武漢光電國家研究中心單片集成光電子器件與系統團隊牛廣達教授在高能輻射探測領域取得進展。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日在線發表于《自然·光子學》(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、工業無損檢測等領域，其精準劑量監測對于提升癌癥療效、工業檢測精度至關重要。此外，在深空探測等高能輻射環境中，輻射本身是導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境下穩定工作的半導體器件同樣具有重要意義。然而，傳統探測器在高能輻射下，常因原子位移損傷導致靈敏度和穩定性難以兼顧。
針對上述挑戰，團隊深入分析輻射與材料的相互作用機制，提出一種基于“晶格錨定增強動態修復”的材料設計策略。該策略的核心在于對鈣鈦礦A位陽離子進行合金化設計：引入無機Cs?作為結構“錨點”，增強晶格框架的剛性，抑制輻射引發的整體結構坍塌；同時，保留有機FA?以維持優異的光電特性，并利用輻射電離過程產生的熱效應，驅動被位移的FA?自發擴散回遷至晶格位置，實現動態修復。基于這一思想，團隊進一步通過溶劑工程調控晶體生長過程，成功制備出A位均勻合金化的高質量鈣鈦礦單晶。該探測器對高能X射線和電子束均表現出優異的探測靈敏度與極佳的輻射耐受性，在遠超傳統器件承受極限的輻照條件下仍保持性能穩定。研究團隊還將探測器集成至微型模塊，實現了放射治療過程中的實時劑量監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域的潛力，提出的動態自修復策略為開發抗輻照半導體材料提供了新思路。研究成果不僅為精準放射治療提供了關鍵技術支撐，也為航天電子、核能監測等高能輻射環境下的應用奠定了基礎。
該研究工作得到了國家自然科學基金和重點研發計劃項目的資助，華中科技大學博士生尹航、深圳先進院巫皓迪博士、張揚為論文第一作者，牛廣達教授和中國地質大學(武漢)高玉婷研究員為共同通訊作者。
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