近日，晶体材料全国重点实验室陶绪堂教授/张国栋教授团队在钙钛矿CsPbBr₃单晶的生长及其在高剂量核辐照下的X射线探测性能的研究中取得重要进展，相关研究成果以“Growth of Two-Inch Perovskite CsPbBr₃Single-Crystal with High Irradiation Resistance for X-ray Detection”为题，发表在期刊Advanced Materials上。论文第一作者为山东大学2023级博士生孙雪，通讯作者为张国栋教授和陶绪堂教授，山东大学为独立通讯单位。

卤化物钙钛矿晶体在X射线医疗影像、工业检测、安防安检、国土安全等领域展现出巨大的应用潜力。大尺寸高质量晶体的生长以及高剂量核辐照下器件的稳定性是决定晶体应用的关键。然而，杂质和相变等会导致电阻率降低及晶体开裂，同时CsPbBr₃单晶X射线探测器在高剂量核辐照下的稳定性仍有待深入研究。陶绪堂教授、张国栋教授团队聚焦于CsPbBr₃单晶生长过程中的杂质识别与提纯，以及大尺寸晶体生长时的裂纹抑制问题，探究了其单晶X射线探测器的抗辐射性能，采用布里奇曼法成功生长出直径51 mm、长度170 mm的高质量CsPbBr₃单晶，研究了⁶⁰Co γ射线辐照对CsPbBr₃单晶的相稳定性、光学性能、电学性能及X射线探测性能的影响。结果表明，即便在10 Mrad的高辐照剂量下，CsPbBr₃单晶仍保持化学稳定性，X射线探测器的灵敏度达到5万μC Gy_air^-1cm^-2以上，同时表现出稳定的暗电流性能。本研究揭示了CsPbBr₃器件辐照稳定性的物理机制：辐照诱导产生的缺陷会使费米能级发生偏移，进而提高金属-半导体接触势垒，从而稳定光电子性能。

a)炉体与温场；b)直径51 mm、长度170 mm的CsPbBr₃单晶；c)非对称电极结构及其对应的能级图；d)器件能级随辐照剂量变化的示意图; 

e)不同剂量辐照后器件的平均X射线灵敏度; f) CPB-10M器件的220天后X射线响应

上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、晶体材料全国重点实验室课题等项目的大力支持。