ИСТИНА

Детекторы рентгеновского излучения применяется во многих областях, включая рентгенографию в медицине, на транспорте и таможне в системах бесконтактного контроля для обеспечения безопасности, исследование микродефектов сталей и других промышленных материалов, а также для счётчиков числа фотонов с различной энергией в современных измерительных приборах для физико-химического анализа. Важнейшей характеристикой детекторов является чувствительность, одной из наиболее перспективных стратегий повышения которой является применение полупроводниковых соединений содержащих тяжёлые атомы. Превосходные оптоэлектронные свойства комплексных галогенидных первскитоподобных соединений на основе свинца и висмута создают предпосылки для успешного применения данных материалов для создания детекторов ионизирующего излучения. Однако о фундаментальных аспектах взаимодействия данных материалов с ионизирующим излучением до настоящего времени известно крайне мало. В рамках данного проекта будут исследованы электронные и рентгенолюминесцентные свойства материалов на основе комплексных галогенидных полупроводников со структурой перовскита или перовскитоподобной структурой, а также их устойчивость под действием ионизирующего излучения. В результате планируется выявить ключевые фундаментальные зависимости рентгенолюминесцентных и электронных свойств данных материалов от состава и структуры, а также создать на основе материалов, обладающих наиболее перспективными свойствами, прототипы сцинтилляционных и полупроводниковых детекторов ионизирующего излучения.

X-ray detectors are used in many fields, including radiography in medicine, transport and customs in contactless control systems, the study of microdefects of steels and other industrial materials, as well as for counters of photons with different energies in modern measuring instruments for physico-chemical analysis. The most important characteristic of detectors is sensitivity, whereas one of the most promising strategies for increasing it is the use of semiconductor compounds containing heavy atoms. The excellent optoelectronic properties of complex lead-bismuth halide perovskite-like compounds demonstrate the prerequisites for the successful use of these materials to create ionizing radiation detectors. However, very little is known to date on the fundamental aspects of the interaction of these materials with ionizing radiation. Within the framework of this project, electronic and X-ray luminescent properties of materials based on complex halide semiconductors with a perovskite and perovskite-like structure, as well as their stability under the ionizing radiation, will be investigated. As a result, it is planned to identify key fundamental dependences of the X-ray luminescent and electronic properties of these materials on the composition and structure, as well as to create prototypes of scintillation and semiconductor detectors of ionizing radiation based on the materials that have the most promising properties.

1) С использованием адаптированных существующих или разработанных методов будут получены монокристаллы и поликристаллические плёнки слоистых галогенидных перовскитов, а также двойных висмут-содержащих бессвинцовых галогенидных перовскитов, висмут-содержащих слоистых перовскитоподобных фаз и других фаз с пониженной размерностью кристаллической структуры, обладающих достаточным размером для корректного определения их электронных и оптоэлектронных свойств и характеризации их взаимодействия с рентгеновским излучением. 2) Для полученных материалов будут впервые определены времена жизни и подвижности носителей заряда, охарактеризованы зависимости фототока в широком диапазоне напряжений, а также определены относительные интенсивности фотолюминесценции в зависимости от состава. 3) Для монокристаллов различных классов исследуемых комплексных галогенидных материалов будут определены коэффициенты поглощения рентгеновского и гамма-излучения в широком спектральном диапазоне. Будут выявлены зависимости коэффициента поглощения от состава и структуры соединений, а также их формы (монокристаллы, поликристаллические плёнки). Кроме того, для данных материалов будут определены тормозная способность к рентгеновскому излучению и коэффициенты его линейного ослабления, что позволит оценить перспективы их применения для создания детекторов ионизирующего излучения. 4) Для наиболее представительных материалов рассматриваемых классов (слоистые галогенидные перовскиты и двойные висмут-содержащие бессвинцовые галогенидные перовскиты) впервые будет проведено систематическое измерение выхода рентгенолюминесценции в широком спектральном диапазоне. Будут выявлены ключевые тенденции изменения рентгенолюминесцентных свойств в зависимости от состава и структуры. 5) Будет охарактеризована устойчивость исследуемых комплексных галогенидных материалов к ионизирующему излучению с различной энергией, интенсивностью в течение длительного времени. Будут изучены структурные изменения в материалах под действием ионизирующего излучения, а также их влияние на электронные и оптоэлектронные свойства материалов (время жизни носителей зарядов, их подвижность). 6) На основе материалов, проявивших наиболее перспективные свойства, будут созданы прототипы детекторов прямого преобразования ионизирующего излучения, а также сцинтилляционных детекторов в рентгеновском и гамма-диапазоне.

Исследователи ведут систематические исследования в области растворной химии гибридных соединений, наиболее значимые результаты которых, в частности, отражены в публикациях [1-3]. В частности, результаты их исследований позволили выявить фундаментальные взаимосвязи между координирующей способностью растворителя, структурой и стехиометрией промежуточных фаз и морфологией формируемых из раствора плёнок гибридных перовскитов. Кроме того, исполнителями проекта были исследованы принципиально новые пути получения плёнок гибридных органо-неорганических галогенидов, не требующие использования растворителей. В ходе поиска возможных окисляющих реагентов для прямой конверсии плёнок металлического свинца в перовскит в 2016 году исполнителями были открыты и впервые описаны реакционные полииодидные расплавы общего состава АI(n) (A = Cs+, CH3NH3+, (NH2)2CH3+, n=2,5-5). В частности, исполнителями был разработан подход к получению гибридного органо-неорганического перовскита CH3NH3PbI3 при реакции плёнок металлического свинца с реакционными расплавами полииодидов. Данный подход заключается в конверсии свинец-содержащих прекурсоров (металлического свинца, солей свинца) в CH3NH3PbI3 реакционным расплавом полииодидов MAI-(I2)x, который является жидким при комнатной температуре и образуется при смешении твёрдых порошков иодида метиламмония и молекулярного йода. По результатам данной работы авторами опубликована в 2017 г. статья в журнале Materials Horizons (IF = 13.2) [4], а метод синтеза данных соединений и метод изготовления на их основе светопоглощающих перовскитных материалов были запатентованы [Патент РФ #RU2648465, Авторы: Гудилин Евгений Алексеевич, Тарасов Алексей Борисович, Петров Андрей Андреевич, Белич Николай Андреевич, Гришко Алексей Юрьевич (приоритет от 29 декабря 2016); Патент РФ #RU2646671, (приоритет от 29 декабря 2016); заявка на международный патент #WO/2018/124938 ].