偏压与溴协同修复溴化铅钙钛矿单晶缺陷用于X射线光子计数探测器

研究人员通过电偏压调控和晶体生长过程中引入溴的策略，显著降低了甲脒溴化铅(FAPbBr3)单晶中的缺陷密度。该研究解决了溴基钙钛矿缺陷机制不明的关键问题，使探测器在137Cs 662-keV γ射线下获得0.7%的能量分辨率，并显著提升X射线K-edge检测灵敏度和辐射稳定性。

　　

在卤化物钙钛矿研究领域，碘化物体系的缺陷容忍性已得到广泛认知，但溴化物钙钛矿的缺陷行为始终成谜。最新研究发现，对溴化铅钙钛矿晶体施加偏压（electric biasing）这一传统认为有害的操作，竟能有效修复其体相点缺陷。实验证实偏压处理可显著减少溴空位（bromide-vacancy），修复效应从阴极侧开始逐渐扩展至整个晶体。不过该修复存在时效性，储存数周后空位会重新扩散分布。

更突破性的发现是：在晶体生长阶段引入溴元素（introducing bromine），可将溴空位浓度永久性降低约1000倍。这种缺陷工程使甲脒溴化铅（formamidinium lead bromide）晶体获得显著提升的电荷传输性能和稳定性。优化后的探测器展现出卓越性能：室温下对¹³⁷Cs放射源662-keV γ射线实现0.7%的能量分辨率，在低浓度造影剂条件下仍能高效检测碘K-edge X射线，并且辐射硬度（radiation hardness）得到显著改善。这项研究为开发新一代X射线光子计数探测器提供了重要材料基础。