Los científicos crean una nueva clase de detector de rayos X

• Fecha : 23 de abril de 2020
• Fuente : DOE / Laboratorio Nacional de Argonne
• Resumen : Los científicos han identificado una nueva clase de detectores de rayos X basados ​​en perovskitas en capas, un material semiconductor.

Los nuevos detectores basados ​​en perovskita pueden detectar rayos X en un amplio rango de energía.

Obtener una radiografía al dentista o al médico es, en el mejor de los casos, un poco incómodo y, en el peor, un poco arriesgado, ya que la exposición a la radiación se ha relacionado con un mayor riesgo de cáncer. Pero los investigadores pueden haber descubierto una nueva forma de generarImágenes de rayos X con una menor cantidad de exposición, gracias a un emocionante conjunto de materiales que está generando mucho interés.

Los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE y el Laboratorio Nacional Los Alamos han identificado una nueva clase de detectores de rayos X basados ​​en perovskitas en capas, un material semiconductor que también se usa en otros tipos de aplicaciones, como las células solaresy diodos emisores de luz. El detector con el nuevo material es 100 veces más sensible que los detectores de rayos X convencionales basados ​​en silicio.

"Este nuevo material para detectar rayos X pronto podría encontrar su camino en una variedad de entornos cotidianos diferentes, desde el consultorio del médico hasta las líneas de seguridad del aeropuerto y los laboratorios de investigación", dijo Joseph Strzalka, físico de rayos X de Argonne, quien ayudó a caracterizarel material de perovskita en Argonne's Advanced Photon Source APS, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE.

Los materiales de perovskita funcionan porque se depositan como una película delgada rociada, un método de producción que ayuda a reducir los costos en comparación con tener que cultivar un solo cristal de silicio grande.

Los nuevos detectores de perovskita también pueden detectar rayos X en un amplio rango de energía, especialmente a energías más altas. Esto se debe a que la perovskita contiene elementos pesados, como plomo y yodo, que tienden a absorber estos rayos X más fácilmente que el silicio.Incluso existe la posibilidad de que la tecnología de perovskita se use como un detector de rayos gamma, siempre que las películas estén un poco más gruesas y se aplique un pequeño voltaje externo.

"El material de perovskita en el corazón de nuestro prototipo de detector se puede producir con técnicas de fabricación de procesos de solución de bajo costo", dijo Hsinhan Dave Tsai, becario posdoctoral de Oppenheimer en el Laboratorio Nacional de Los Alamos. "El resultado es un costo-detector eficaz, altamente sensible y autoalimentado que podría mejorar radicalmente los detectores de rayos X existentes y potencialmente conducir a una gran cantidad de aplicaciones imprevistas ".

El desarrollo y análisis del material de perovskita fue una estrecha colaboración entre Argonne APS Sector 8-ID-E y un equipo de Los Alamos dirigido por el físico del dispositivo Wanyi Nie. El material y la película delgada se crearon en Los Alamos y se llevaron aArgonne realizará dispersión de rayos X de ángulo amplio de incidencia de pastoreo, que proporciona información sobre la cristalinidad de la película delgada. Según Strzalka, la técnica muestra cómo se orienta el cristal en la película delgada, lo que se relaciona con el rendimiento del detector.

Strzalka y Nie también estaban interesados ​​en cómo las propiedades de transporte de carga de la película se relacionaban con la estructura cristalina y la temperatura. Al usar una etapa especial que permitía a los investigadores cambiar la temperatura de la muestra y hacer contactos eléctricos durante la medición, ellosfueron capaces de comprender los procesos de generación y transporte actuales inducidos en la muestra por la exposición a rayos X.

"Nuestro instrumento en la línea de luz proporciona una plataforma versátil para diferentes tipos de mediciones in situ, incluido el mantenimiento de la muestra en un entorno de vacío mientras se mantiene su temperatura y también se realizan mediciones de transporte de carga", dijo Strzalka.

Según Strzalka, las perovskitas pueden continuar ofreciendo importantes avances ". El área de perovskita está realmente caliente en este momento, y los usuarios se acercan a nosotros para decir 'podemos hacer esto y podemos hacer eso', y realmente nos está empujando a desarrollarnosnuestras capacidades ", dijo.

La investigación fue financiada por los fondos del Laboratorio Nacional de Investigación y Desarrollo LDRD del Laboratorio Nacional de Los Alamos y la Oficina de Ciencia del DOE.

Fuente de la historia :

Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Original escrito por Jared Sagoff. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.

Referencia del diario :

1. Hsinhan Tsai, Fangze Liu, Shreetu Shrestha, Kasun Fernando, Sergei Tretiak, Brian Scott, Duc Ta Vo, Joseph Strzalka, Wanyi Nie. Un detector de rayos X de película delgada sensible y robusto que utiliza diodos de perovskita en capas 2D . Avances científicos , 2020; 6 15: eaay0815 DOI: 10.1126 / sciadv.aay0815