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黃勁松最新Nature:自供電鈣鈦礦光子計數探測器具有更好的能量分辨率

 更新時間:2023-04-07 點擊量:350

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主要內容

金屬鹵化物鈣鈦礦(MHPs)已被成功地用于太陽能電池、發光二極管、光電探測器和太陽能燃料中,將光子轉換為電荷,反之亦然。

在這篇文章中,北卡羅來納大學黃勁松團隊展示了自供電的多晶鈣鈦礦光電探測器在光子計數方面可以與商用硅光電倍增管(SiPMs)相媲美。盡管深阱限制了電荷收集效率,但鈣鈦礦光子計數探測器(PCDs)的光子計數能力主要由淺阱決定。

在聚晶三碘化鉛甲基銨中發現了兩個能量深度分別為5.8±0.8(meV)和57.2±0.1 meV的淺圈閉,它們停留在晶界和表面。結果表明,二苯硫的晶粒尺寸增強和表面鈍化可以減少這些淺層圈閉。在室溫下,它極大地抑制了暗計數率(DCR),從每秒每平方毫米>20,000次計數(cps mm-2)降低到2 cps mm-2,對弱光的響應比SiPMs更好。該探測器實現了99.8%的脈沖探測概率和95±5%的內量子效率,對于幾百到幾億入射光子。鈣鈦礦PCDs能夠以比SiPMs更好的能量分辨率收集γ射線能譜,并在高達85°C的高溫下保持性能。鈣鈦礦探測器的零偏操作使噪聲和檢測性能無漂移。這項研究利用其特性,開辟了鈣鈦礦光子計數的新應用。


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圖1:暗計數起源和光子計數性能


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圖2:抑制鈣鈦礦PCDs的DCR


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圖3:鈣鈦礦探測器光子計數性能


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圖4:鈣鈦礦PCDs與LaBr3:Ce閃爍體γ射線光譜性能耦合


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圖5:鈣鈦礦PCDs穩定性


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擴展數據圖6:DCR的溫度相關性


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擴展數據圖11:PCDs與LaBr3:Ce閃爍體耦合收集光譜


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擴展數據圖12:鈣鈦礦PCDs與CsI(Tl)閃爍體耦合穩定性研究

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文獻信息
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Ying Zhou, Chengbin Fei, Md Aslam Uddin, Liang Zhao, Zhenyi Ni & Jinsong Huang


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