我國科研團隊開發(fā)出基于自移波性質的二維鈣鈦礦
最近幾年，X/γ射線的探測在醫(yī)學成像、劑量測量、輻射防護等領域應用廣泛。鉛鹵鈣鈦礦作為新興的閃爍材料而備受關注。然而，鉛鹵鈣鈦礦激子發(fā)光的斯托克斯位移較小，存在自吸收問題，大量激發(fā)光子無法被探測到，制約了該材料的探測性能和應用。 3s$m0
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科研團隊先前采用限域激子發(fā)光和摻雜劑等策略解決自吸收問題。然而，這些方法在抑制自吸收的同時造成了發(fā)光壽命的延長。近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫(yī)學成像科學與技術系統(tǒng)重點實驗室團隊和華中科技大學光電子器件與三維集成團隊合作發(fā)現，二維鈣鈦礦晶體中普遍存在的內在應變現象可顯著減少自吸收效應，同時不影響發(fā)光壽命。這一發(fā)現為高能γ射線探測和PET成像提供了新思路。相關研究成果以Self-wavelength Shifting in Two-dimensional Perovskite for Sensitive and Fast Gamma-ray Detection為題，在線發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。 O1-Ne.$
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二維鈣鈦礦單晶和薄膜在既往研究中已有關于應變效應的報道，而結構起源等機理尚不清楚，且內在應變如何提升二維鈣鈦礦的性能效果尚未闡明。該工作探究了一組具有良好量子和介電限域效應的二維鈣鈦礦單晶�？蒲腥藛T通過采用掠入射X射線衍射測量發(fā)現，該晶體樣品表面存在壓縮應變的現象。進一步，X射線光電子能譜分析和理論計算表明，這一壓縮應變的結構起因源自表面胺基的缺失。瞬態(tài)光致發(fā)光光譜研究揭示了從表面到體相的快速能量轉移過程，為實現“自移波”和快速發(fā)光壽命奠定了基礎。 \.}* s] 6
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基于這一發(fā)現，材料研究人員與醫(yī)學成像團隊合作，將具有“自移波”特性的二維鈣鈦礦閃爍體應用于高能γ射線探測，實現了該閃爍體在正電子發(fā)射斷層掃描PET圖像的精確重建。該研究為γ射線快響應材料的探索提供了新思路，為新材料高時間分辨率PET探測器的發(fā)展提供了支持，為無需依賴傳統(tǒng)斷層掃描重建的PET直接成像提供了有價值的研究方向。這一突破性成果或推動PET醫(yī)學成像和輻射治療領域的發(fā)展，為更精確、更高效的人類健康服務創(chuàng)造新的可能性。 j]kx~
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圖1.鈣鈦礦閃爍體發(fā)光性能總結和自移波示意圖 "y62Wo6m)
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圖2.二維鈣鈦礦的單晶X射線衍射圖、光致發(fā)光和輻射發(fā)光性能比較及二維鈣鈦礦表面與內部之間的FÖrster共振能量轉移過程 |>d5 6
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圖3.二維鈣鈦礦的γ射線性能測試與正電子發(fā)射計算機斷層掃描仿體成像結果 MQLa+I,S4
研究工作獲得國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和深圳市基礎研究計劃等的支持。 <@JK;qm>S
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論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-38545-y
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