Synergistic strain engineering of perovskite single crystals for highly stable and sensitive X-ray detectors with low-bias imaging and monitoring

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作者
Jizhong Jiang,Min Xiong,Ke Fan,Chunxiong Bao,Deyu Xin,Zhengwei Pan,Linfeng Fei,Haitao Huang,Lang Zhou,Kai Yao,Xiaojia Zheng,Liang Shen,Feng Gao
出处
期刊:Nature Photonics [Nature Portfolio]
卷期号:16 (8): 575-581 被引量:227
标识
DOI:10.1038/s41566-022-01024-9
摘要

Abstract Although three-dimensional metal halide perovskite (ABX 3 ) single crystals are promising next-generation materials for radiation detection, state-of-the-art perovskite X-ray detectors include methylammonium as A-site cations, limiting the operational stability. Previous efforts to improve the stability using formamidinium–caesium-alloyed A-site cations usually sacrifice the detection performance because of high trap densities. Here we successfully solve this trade-off between stability and detection performance by synergistic composition engineering, where we include A-site alloys to decrease the trap density and B-site dopants to release the microstrain induced by A-site alloying. As such, we develop high-performance perovskite X-ray detectors with excellent stability. Our X-ray detectors exhibit high sensitivity of (2.6 ± 0.1) × 10 4 μC Gy air −1 cm −2 under 1 V cm −1 and ultralow limit of detection of 7.09 nGy air s −1 . In addition, they feature long-term operational stability over half a year and impressive thermal stability up to 125 °C. We further demonstrate the promise of our perovskite X-ray detectors for low-bias portable applications with high-quality X-ray imaging and monitoring prototypes.
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