图 高稳定钙钛矿单晶的结构设计策略及其在低偏压下的X-射线探测性能及应用。（a）晶相结构稳定的Cs_0.1FA_0.9Pb(I_0.9Br_0.1)₃（CsFA）单晶；（b, c）GA引入CsFA钙钛矿结构中易诱导V_Pb^2-空位形成，通过引入微量B位掺杂剂Sr²⁺能够有效抑制空位的形成；（d, e）A位和B位协同作用下，优异的钙钛矿单晶探测器的最低检测下限及低偏压下的灵敏度；（f）设计制作的低偏压驱动的辐射剂量监测原型样机

在国家自然科学基金项目（批准号：61875072、61874052、62004182）等资助下，吉林大学沈亮教授团队、南昌大学姚凯副教授团队与合作者在高稳定和高灵敏钙钛矿单晶及X射线探测器研究中取得进展。研究成果以“钙钛矿单晶协同应变工程研制高稳定高灵敏度X射线探测器及其低偏压成像和监测应用（Synergistic strain engineering of perovskite single crystals for highly stable and sensitive X-ray detectors with low-bias imaging and monitoring）”为题，于2022年7月18日在线发表于《自然·光子学》（Nature Photonics）。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41566-022-01024-9。

卤化钙钛矿（ABX₃）晶体材料因其具有低陷阱密度和高迁移率寿命积的优点，在光伏、发光以及探测等领域展示出了强劲的发展态势。此外，其具有高原子序数、高辐射吸收系数和直接型探测的优点，在提升辐射探测器性能上也被寄予厚望。目前，基于甲胺体系的单晶钙钛矿材料研究最为广泛，但甲胺的易挥发性导致钙钛矿单晶器件长期稳定性差，而大多数无甲胺钙钛矿单晶材料（如CsFA体系，FA为甲脒）具有高的缺陷态密度，在光电性能方面远不如甲胺体系钙钛矿。

围绕上述问题，该团队设计了一种A位和B位协同作用下的组分调控方案，可以实现对不同类型缺陷形成能的精准调控。一方面，在A位引入特定的大有机胺阳离子，通过形成氢键可以有效地提高卤素（X位）空位的形成能；另一方面，在B位阳离子中引入低浓度的碱土金属离子掺杂剂，可以有效抑制A位无序排列引起的微应力副作用。通过在A和B位上的协同应变工程，稳定的无甲胺钙钛矿单晶显示出优异的光电性能，实现了超低检测下限（LoD，7.09 nGy_airs⁻¹）和在低电场（1 V cm⁻¹）下的高灵敏度（(2.6 ± 0.1)×10⁴ μC Gy_air⁻¹ cm⁻²），以及半年以上的长期稳定性。设计制作的低偏压驱动的辐射剂量监测原型样机，可以实现对检测限低至nGys^-1的X射线剂量准确监测（图）。

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