Nature materials
高性能X射线探测器的溴化铅钙钛矿单晶缺陷修复

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该研究创新性地提出了一种通过电场偏置和溴素引入相结合的方法，显著降低FAPbBr3单晶体中的溴空位缺陷，从而实现高达0.7%的室温能量分辨率。此方法在光子计数X射线探测领域具有重要应用潜力。

 

文献概述
本文《Defect Repairing in Lead Bromide Perovskite Single Crystals with Biasing and Bromine for X-ray Photon-counting Detectors》发表于《Nature materials》杂志，回顾并总结了通过偏置电场和溴素填充技术修复FAPbBr3单晶内部缺陷的方法，并展示了其在X射线和γ射线探测器中的优异性能。该研究为高性能钙钛矿探测器的开发提供了新的策略，显著提升了探测器的稳定性和能量分辨率。

背景知识
卤ide perovskites（金属卤化物钙钛矿）因其优异的光电性能，近年来在X射线和γ射线探测领域展现出巨大潜力。然而，溴化物钙钛矿中存在大量溴空位缺陷，这些缺陷会形成深电子陷阱，严重限制载流子的收集效率和器件稳定性。尽管碘化物钙钛矿的缺陷容忍性已被广泛研究，溴化物钙钛矿的缺陷行为和修复机制仍存在挑战。本文研究的FAPbBr3单晶材料，通过电场偏置和Br2引入，显著减少了点缺陷密度，提升了探测器的性能和耐辐射性。这为开发高分辨率、高稳定性的X射线光子计数探测器提供了新思路。

 

生长优化的FAPbBr3单晶材料在光子探测器中展现出卓越的性能，这与赛业生物提供的基因编辑动物模型构建服务具有相似的材料科学基础，均依赖精准的缺陷控制和材料稳定性优化。

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研究方法与实验
研究团队通过逆溶解度法生长FAPbBr3单晶，并在生长过程中引入不同浓度的Br2以减少溴空位缺陷。采用Bi/C作为电极结构，通过偏置电场处理器件，并结合热导和光导实验，研究缺陷迁移行为。利用热激发光致发光（TPLM）和热导纳谱（TAS）等技术评估缺陷密度变化。此外，还测试了探测器在不同辐射剂量下的稳定性表现。

关键结论与观点

• 偏置电场处理能有效迁移溴空位缺陷，显著提升FAPbBr3单晶的载流子收集效率（CCE）和能量分辨率（ER）。
• 引入Br2可永久性减少溴空位浓度，使CCE达到99.8%，ER降至0.7%，远超现有同类探测器性能。
• 经过优化的FAPbBr3探测器在10 Mrad辐射剂量下仍保持稳定，而传统FAPbBr3探测器在1 Mrad后失效。
• 研究还验证了该策略在其他溴化物钙钛矿如MAPbBr3和FA0.9Cs0.1PbBr3中的通用性，进一步证明了其广泛适用性。

研究意义与展望
该研究为钙钛矿单晶探测器的商业化应用提供了重要基础，特别是在医学成像、工业检测和高能射线探测中具有巨大潜力。未来的研究可进一步探索如何通过材料工程和界面优化提升器件寿命和大规模生产可行性。

 

X射线探测器的稳定性和性能提升与高质量材料的生长密切相关，这与赛业生物在细胞模型构建与基因编辑服务中强调的材料纯度和功能验证相呼应，均需高精度和稳定性。

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结语
本文系统研究了FAPbBr3单晶探测器中缺陷修复的物理机制，并提出了一种高效的缺陷控制策略。通过偏置电场处理和Br2引入，研究团队显著减少了溴空位密度，从而大幅提升探测器的电荷收集效率和能量分辨率。这种材料工程方法不仅提高了探测器的稳定性，还使其在高辐射环境下仍保持优异性能。该研究为发展新一代高性能、长寿命的X射线和γ射线探测器提供了坚实的材料科学基础，并有望推动其在医学、安检、工业成像等领域的实际应用。

 

Mingze Li, Shaojie Wang, Allen Wood, Douglas E Wolfe, and Jinsong Huang. Defect Repairing in Lead Bromide Perovskite Single Crystals with Biasing and Bromine for X-ray Photon-counting Detectors. Nature materials.