Les détecteurs de rayons X fabriqués avec des couches minces de pérovskite bidimensionnelles convertissent les photons des rayons X en signaux électriques sans source d

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Un nouveau prototype de détecteur de rayons X pourrait réduire considérablement l’exposition aux rayonnements et les risques pour la santé associés pour les travailleurs de la santé et les patients, tout en améliorant la résolution des rayons X médicaux, des scanners de sécurité et des appareils de recherche. Il a été développé par une équipe de chercheurs de Los Alamos et Argonne National Laboratories.

Le nouveau détecteur a utilisé une structure construite autour d’un film mince de pérovskite minérale plutôt que la technologie traditionnelle à base de silicium. (La pérovskite est un calcium oxyde de titane minéral composé de titanate de calcium, CaTiO3. Le terme fait également référence à la classe de composés ayant le même type de structure cristalline comme CaTiO3.) Le détecteur est 100 fois plus sensible que les détecteurs conventionnels et n’a pas besoin d’une source d’alimentation extérieure pour générer des signaux électriques en réponse aux rayons X. Cela pourrait ouvrir la porte à des appareils à rayons X alimentés par batterie avec beaucoup plus de portabilité que les versions d’aujourd’hui.

« Le matériau pérovskite au cœur de notre prototype de détecteur peut être produit avec des techniques de fabrication à faible coût », a déclaré Hsinhan (Dave) Tsai, chercheur postdoctoral Oppenheimer au Los Alamos National Laboratory. «Le résultat est un détecteur rentable, très sensible et auto-alimenté qui pourrait radicalement améliorer les détecteurs de rayons X existants et potentiellement conduire à une multitude d’applications imprévues.»

Les détecteurs de rayons X fabriqués avec des couches minces de pérovskite bidimensionnelles convertissent les photons des rayons X en signaux électriques sans source d’alimentation extérieure.Hsinhan (Dave) Tsai

Par exemple, les détecteurs très sensibles pourraient conduire à des images médicales et dentaires qui nécessitent une infime fraction de l’exposition aux rayonnements qui accompagne les images radiographiques conventionnelles. Les détecteurs de pérovskite sont plus minces, ce qui leur donne une meilleure résolution pour des images très détaillées. Des images plus claires, à leur tour, pourraient conduire à des évaluations et diagnostics médicaux plus précis.

La pérovskite est riche en éléments lourds, tels que le plomb et l’iode, de sorte que les rayons X qui traversent facilement le silicium sans être détectés sont plus facilement absorbés et détectés dans la pérovskite. En conséquence, la pérovskite surpasse considérablement le silicium, en particulier pour détecter les rayons X à haute énergie. Ce serait un avantage crucial dans la surveillance des rayons X dans les installations de recherche à haute énergie, telles que les sources de lumière synchrotron.

Les films de pérovskite sont généralement déposés sur les surfaces par pulvérisation de solutions qui durcissent et laissent derrière elles de fines couches de matériau. En conséquence, les détecteurs à couche mince seront beaucoup plus faciles et moins coûteux à fabriquer. Les détecteurs à base de silicium, d’autre part, sont fabriqués en utilisant un dépôt de métal à haute température dans des conditions de vide.

«Nous pourrions potentiellement utiliser des versions de jets d’encre pour imprimer des détecteurs à grande échelle», explique Tsai. «Cela nous permettrait de remplacer des matrices de détecteurs au silicium d’un demi-million de dollars par des alternatives de pérovskite peu coûteuses et de plus haute résolution.»

En plus de la promesse de pérovskites à couche mince dans les détecteurs de rayons X, les couches plus épaisses fonctionnent également bien, à condition qu’elles incluent une petite source de tension. Cela suggère que leur gamme d’énergie utile pourrait être étendue au-delà des rayons X aux rayons gamma de faible énergie.

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