【仪表网 研发快讯】近日，武汉光电国家研究中心单片集成光电子器件与系统团队牛广达教授在高能辐射探测领域取得进展。研究成果以“Highly sensitive and stable perovskite detector for ultrahigh-energy radiations via dynamic repair regulation”为题，于2月9日在线发表于《自然·光子学》(Nature Photonics)杂志。
高能辐射(如X射线、γ射线、电子束)广泛存在于放射治疗、工业无损检测等领域，其精准剂量监测对于提升癌症疗效、工业检测精度至关重要。此外，在深空探测等高能辐射环境中，辐射本身是导致航天器电子元器件损伤和性能退化的主要因素，研制能在此类极端环境下稳定工作的半导体器件同样具有重要意义。然而，传统探测器在高能辐射下，常因原子位移损伤导致灵敏度和稳定性难以兼顾。
针对上述挑战，团队深入分析辐射与材料的相互作用机制，提出一种基于“晶格锚定增强动态修复”的材料设计策略。该策略的核心在于对钙钛矿A位阳离子进行合金化设计：引入无机Cs⁺作为结构“锚点”，增强晶格框架的刚性，抑制辐射引发的整体结构坍塌；同时，保留有机FA⁺以维持优异的光电特性，并利用辐射电离过程产生的热效应，驱动被位移的FA⁺自发扩散回迁至晶格位置，实现动态修复。基于这一思想，团队进一步通过溶剂工程调控晶体生长过程，成功制备出A位均匀合金化的高质量钙钛矿单晶。该探测器对高能X射线和电子束均表现出优异的探测灵敏度与极佳的辐射耐受性，在远超传统器件承受极限的辐照条件下仍保持性能稳定。研究团队还将探测器集成至微型模块，实现了放射治疗过程中的实时剂量监测和高精度剂量分布成像。
该工作揭示了钙钛矿材料在高能辐射探测领域的潜力，提出的动态自修复策略为开发抗辐照半导体材料提供了新思路。研究成果不仅为精准放射治疗提供了关键技术支撑，也为航天电子、核能监测等高能辐射环境下的应用奠定了基础。
该研究工作得到了国家自然科学基金和重点研发计划项目的资助，华中科技大学博士生尹航、深圳先进院巫皓迪博士、张扬为论文第一作者，牛广达教授和中国地质大学(武汉)高玉婷研究员为共同通讯作者。
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