闽都创新实验室“光铁电半导体”自驱动X射线探测取得进展

图：单层杂化钙钛矿改造成双层杂化钙钛矿“光铁电半导体”实现自驱动X-射线探测

　　近年来，金属卤化物钙钛矿因其高的X射线吸收系数、大的μτ乘积（μ为载流子迁移率，τ为载流子寿命）、良好的抗辐射损伤能力以及易于加工等特点在X射线探测领域受到了广泛关注。但是迄今为止，高灵敏的无源X射线探测器的研究还鲜有报道。铁电半导体由于其自发极化诱导的体光伏效应能够自发分离光生电子-空穴，在高灵敏的无源X射线探测方面展现了巨大的潜力。

　　光铁电体是光生载流子与铁电极化相互耦合表现出优异光电性能的一类铁电材料，在下一代光电器件中具有重要的应用前景。光铁电体展现自发极化和半导体光电导特性，表现出丰富的物理性能，特别是光辐照下产生新颖的光铁电现象，如铁电光伏效应、光折变和光致形变效应等。闽都创新实验室“无机光电功能晶体材料”罗军华研究员团队以创制强光电耦合的新型光铁电晶体材料为主要目标，成功设计制备出系列铁电极化与半导体光生载流子耦合的杂化光铁电体，开辟了杂化“光铁电半导体”研究新领域；发展出新一代铁电极化驱动的光电探测技术、高灵敏偏振探测技术及高性能高能射线探测技术。在前期工作基础上，以典型的二维单层杂化钙钛为模板，引入无机Cs+离子，通过维度重构获得一例二维多层铁电半导体化合物。研究表明，二维多层结构增强了材料的量子阱厚度，有效提升了材料的电子电导率及载流子迁移率；同时在X射线辐照下，铁电极化所诱导的体光伏效应（~0.5 V）促进光生电子-空穴的自发分离，零偏压下实现了高灵敏的无源自驱动X射线探测，其灵敏度高达~410 μC Gy^-1 cm^-2。该工作为设计无源高能射线光电探测材料提供了新的研究思路，相关研究结果发表在《德国应用化学》 (Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60(38), 20970-20976)，姬成敏副研究员为该论文的第一作者。

　　论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202108145

　(罗军华团队 供稿）