Perovskitler Sert ve Yumuşak X Işınlarını Aynı Anda Ölçmeye Yardımcı Olabilir
Fotoğraf: Perovskit tip x-ray dedektörü.
Fotovoltaik panellerdeki kullanım potansiyeli için fazlaca çalışılan bu malzeme, yeni bir x-ışını dedektörü türü olarak umut vaat ediyor.
Modern tıbbi x-ray görüntülemede, x ışınları tipik olarak amorf selenyumdan yapılmış düz bir yarı iletken panele çarpmadan önce bir hedeften geçer. Panelin yüzeyinde, x-ışını fotonları daha sonra elektron-delik çiftlerine dönüştürülür ve ölçülen elektrik yükleri radyasyon yoğunluğu ile orantılıdır.
Dedektörler genellikle 10-100 keV’lik bir enerjiyle sert x ışınlarını ölçmek için ayarlanır. Bu, kemikleri ve diğer yüksek yoğunluklu materyalleri görüntülemek için idealdir, ancak örneğin kötü huylu tümörler veya diğer düşük yoğunluklu dokular için ideal değildir. Düşük enerjili x ışınlarını daha iyi ölçmek için araştırmacılar, aynı nesnenin iki görüntüsünü ancak farklı x-ışını enerjilerinde üreten ikili algılama yöntemlerini incelediler. Uygulamada, geleneksel amorf selenyumun sınırları vardır: 30 keV’nin üzerindeki radyasyon enerjilerinin yetersiz zayıflaması nedeniyle, bir dedektör, çözünürlüğünü ve hassasiyetini yumuşak x ışınlarıyla sınırlayan kalın bir malzeme filmi gerektirir.
Avustralya’daki Monash Üniversitesi’nden Babar Shabbir ve meslektaşları, perovskit materyalleri kullanarak, bu sınırlamalardan kaçınan geniş kapsamlı bir x-ışını dedektörü geliştirdiler. Prototiplerinin ilk testleri, perovskitlerin amorf selenyumdan 103 ila 104 kat daha hassas olduğunu gösteriyor.
Perovskitler, A ve B’nin farklı katyonlar olduğu ve X’in bir anyon olduğu ABX3 kimyasal formunu alan bir malzeme türüdür. Üretilebilme kolaylığı nedeniyle, metal halojenür perovskitler güneş pili teknolojisindeki yetenekleri için dikkatle incelenmiştir (örneğin, bakınız Physics Today, Mayıs 2014, sayfa 13). Perovskitlerin finansal olarak ulaşılabilirliği de x-ışını ile ilgilenen bilim insanlarının dikkatini çekmiştir.
Ek olarak, halojenür perovskitler, onları bir x-ışını dedektörü için iyi materyaller yapan başka özelliklere de sahiptir. Kusurlara karşı yüksek tolerans, büyük kütle direnci ve güçlü bir radyasyon durdurma kabiliyetine dönüşen yüksek yoğunluk içerirler. Önceki bazı çalışmalar, malzemenin dedektörlerde kullanılmasındaki erken başarıların sert x ışınlarını ölçmekle sınırlı olduğunu bildirmiştir.
Bununla birlikte, Shabbir ve meslektaşları tarafından geliştirilen dedektör, 0.1 ila 20 keV arasında geniş bir enerji aralığında çalışıyor. Bazı ilk optimizasyonlardan sonra, bir sezyum-formamidinyum katyonu ve bir kurşun anyonu içeren Cs0.1FA0.9PbI3 ile metal bir halojenür perovskit üzerine yoğunlaştılar. Araştırmacılar, perovskiti bir altın elektrot ve bir indiyum kalay oksit elektrot arasına sıkıştırarak, verimli yük toplamayı destekleyen ve yüksek verimli bir perovskit güneş piline benzeyen bir konfigürasyon oluşturdular.
Optimize edilmiş perovskit bazlı x-ışını dedektörünün toplam kalınlığı 800 nm’dir, bu da sert ve yumuşak x ışınlarını yeterli düzeyde ölçmesini sağlayan bir fikir birliğidir. Tipik amorf-selenyum dedektörlerinin duyarlılığı yaklaşık 20 μC Gy-1 cm-2‘dir, ancak perovskit olanı yumuşak x ışınları için yaklaşık 1000 kat ve sert x ışınları için 10.000 kat daha hassastır.
Kaynak: physicstoday.scitation.org
