Кристаллы, чувствующие рентген

Галогенидные перовскиты и их производные становятся перспективным классом материалов для обнаружения ионизирующего излучения. Уникальное сочетание высоких атомных номеров, эффективной люминесценции, регулируемых оптоэлектронных свойств, устойчивости к дефектам и низкой стоимости синтеза делает их многообещающей альтернативой традиционным материалам. К этому стоит добавить лучшее поглощение ионизирующего излучения, меньшие требования к чистоте сырья, большую чувствительность и возможность встраивания в небольшие или гибкие конструкции. Одним из лучших «кандидатов» для применения в детекторах рентгеновского излучения служит бромид цезия-свинца (CsPbBr₃). Однако получение его крупных высококачественных монокристаллов доступными методами остаётся серьёзной проблемой.

Исследователи из университета «Дубна» смогли предложить эффективный и простой метод получения как больших монокристаллов, так и нанокристаллов (квантовых точек) бромида цезия-свинца. С его помощью можно не только вырастить кристаллы, но и улучшить их свойства, важные для применения в оптоэлектронике. Метод получения кристаллов описан в статье "Antisolvent-assisted growth of centimeter-scale CsPbBr₃ perovskite single crystals: A theory-guided approach", опубликованной в журнале Journal of Crystal Growth (2026)

Для синтеза монокристаллов был модифицирован метод кристаллизации с помощью паров осадителя (антирастворителя). Осадитель — это химический реагент, который добавляется в раствор для снижения растворимости целевого вещества, что вызывает его выпадение из жидкой фазы в виде кристаллов. Каждый технологический этап обоснован теоретическими расчётами, позволившими чётко определить параметры «окна роста» кристалла и оптимальную концентрацию исходных материалов. Это позволяет за одну неделю при комнатной температуре и атмосферном давлении вырастить кристаллы размером до 1 см.

«Перовскитные галогениды – уникальный «конструктор» с идеальными физическими свойствами. Тяжёлые элементы в их составе – своего рода «щит», поглощающий рентгеновские лучи в разы лучше, чем кремний. Они дешевле в производстве – нужны растворы, минимальное оборудование и небольшие температуры, в то время как кремниевые кристаллы выращивают в печах при огромной температуре. Сейчас мы подошли к технологическому пределу возможностей старых материалов. Традиционные детекторы на основе кремния или аморфного селена работают неплохо, но чтобы получить четкую детализированную картинку, приходится увеличивать лучевую нагрузку на пациента. К тому же, для них нужны громоздкие панели – а мы рассчитываем, что наши разработки можно будет использовать ещё и в небольших, гибких конструкциях», – сообщил руководитель научно-исследовательской работы доктор физико-математических наук Рашид Назмитдинов.

Разработанную методику исследователи совместно с коллегами из ИФХЭ им. Фрумкина РАН использовали в исследовании, посвящённом улучшению подвижности электронов в кристаллах. Для этого в процессе выращивания они были допированы ионами хлора, благодаря чему удалось добиться более высокой электропроводимости материала.

Эта работа — прямой шаг к созданию первых прототипов рентген-детекторов на основе перовскитных галогенидов. Подобные рентген-детекторы применяются в медицинских томографах, рентген-аппаратах, сканерах на вокзалах и в аэропортах, дефектоскопах в промышленности и дифрактометрах, позволяющих рассмотреть структуры самых разных материалов на атомном уровне.

По материалам пресс-релиза университета «Дубна»