通过带隙工程增强超快Cs2ZnCl4闪烁晶体中的核-价层发光现象

《Crystal Growth & Design》：Enhanced Core–Valence Luminescence in Ultrafast Cs2ZnCl4 Scintillation Crystals via Bandgap Engineering

Cs?ZnCl?晶体通过F?或Rb?掺杂调控核心-价态发光（CVL），F?掺杂拓宽价带并增强电子-空穴复合效率，使光产额提升24%；X射线激发下Cs?ZnCl?:F仍保持1.83±0.006ns超快衰减特性，为设计新型闪胨体提供新机制。

　　

Cs₂ZnCl₄中的核-价层发光（Core–Valence Luminescence, CVL）现象通常具有亚纳秒级的衰减时间，在超快闪烁应用领域具有重要意义。然而，其光产率相对较低，且CVL的调控机制尚不完善。本研究揭示了F^–或Rb⁺掺杂的Cs₂ZnCl₄单晶中CVL的起源及其增强调控机制。掺杂后的Cs₂ZnCl₄在223纳米激发下表现出红移的发射现象，并且斯托克斯位移（Stokes shift）增强，有效降低了自吸收。Rb⁺的掺入引入了更深的Rb 4p轨道，阻碍了空穴参与CVL过程；而F^–的掺入则在价带中引入了F 2p轨道，缩小了核-价带间隙，同时拓宽了Cs 5p和Zn 3d能级，从而提高了电子-空穴复合效率。因此，其光产率相比纯Cs₂ZnCl₄提高了24%。值得注意的是，在X射线激发下，Cs₂ZnCl₄:F的辐射发光（Radioluminescence, RL）强度显著增强，同时仍保持了其超快衰减特性（1.83 ± 0.006纳秒）。这项工作为CVL的调控机制提供了新的见解，并推动了基于CsCl的卤化物超快闪烁体的合理设计。