En ny prototyp för röntgendetektor är på randen av att revolutionera medicinsk bildbehandling, med dramatisk minskning av strålningsexponeringen och tillhörande hälsorisker, samtidigt som man ökar upplösningen i säkerhetsskannrar och forskningsapplikationer, tack vare ett samarbete mellan Los Alamos National Laboratory och Argonne National Laboratory-forskare.

"Perovskitmaterialet i hjärtat av vår detektorprototyp kan tillverkas med lågkostnadstekniker, " sa Hsinhan (Dave) Tsai, en Oppenheimer postdoktor vid Los Alamos National Laboratory. "Resultatet är en kostnadseffektiv, ytterst känslig, och självdriven detektor som radikalt kan förbättra befintliga röntgendetektorer, och potentiellt leda till en mängd oförutsedda applikationer."

Detektorn ersätter kiselbaserad teknologi med en struktur byggd kring en tunn film av mineralet perovskit, vilket resulterar i hundra gånger mer känslighet än konventionella kiselbaserade detektorer. Dessutom, den nya perovskitdetektorn kräver ingen extern strömkälla för att producera elektriska signaler som svar på röntgenstrålar.

Högkänsliga perovskitdetektorer kan möjliggöra dentala och medicinska bilder som kräver en liten bråkdel av den exponering som följer med konventionell röntgenbild. Minskad exponering minskar riskerna för både patienter och medicinsk personal. Det faktum att perovskitdetektorer kan göras mycket tunna gör att de kan erbjuda ökad upplösning för mycket detaljerade bilder, vilket kommer att leda till förbättrade medicinska utvärderingar och diagnoser. Detektorer med lägre energi och högre upplösning kan också revolutionera säkerhetsskannrar och bildbehandling i röntgenforskningstillämpningar.

Eftersom perovskit är rikt på tunga ämnen, som bly och jod, Röntgenstrålar som lätt passerar genom kisel oupptäckt absorberas lättare, och upptäckt, i perovskite. Som ett resultat, perovskite överträffar kisel betydligt, särskilt vid detektering av högenergiröntgenstrålar. Detta är en avgörande fördel när det gäller att övervaka röntgenstrålar vid högenergiforskningsanläggningar, såsom synkrotronljuskällor.

Perovskitfilmer kan avsättas på ytor genom att spruta lösningar som härdar och lämnar tunna lager av materialet bakom sig. tunnskiktsdetektorerna kommer att vara mycket enklare och billigare att tillverka än kiselbaserade detektorer, som kräver högtemperaturmetallavsättning under vakuumförhållanden.

"Potentiellt, vi skulle kunna använda bläckstrålesystem för att skriva ut storskaliga detektorer, ", sa Tsai. "Detta skulle tillåta oss att ersätta en halv miljon dollar kiseldetektorer med billiga, högre upplösning perovskite alternativ."

Förutom löftet om tunnskiktsperovskiter i röntgendetektorer, tjockare lager fungerar bra förutsatt att de innehåller en liten spänningskälla. Detta tyder på att deras användbara energiområde skulle kunna utsträckas bortom röntgenstrålar till lågenergi-gammastrålar.

Studien publiceras i Vetenskapens framsteg .