Что общего у солнечных батарей и адронного коллайдера

Российские ученые разработали уникальный материал на основе галогенидных перовскитов, позволяющий создавать быстродействующие и высокочувствительные детекторы для регистрации ионизирующего излучения для использования в ускорителях частиц CERN. Исследование было опубликовано в журнале Journal of Materials Chemistry C.

Галогенидные перовскиты — новый класс полупроводниковых материалов, которые благодаря уникальному сочетанию оптических и электронных свойств, могут служить основой светоизлучающих устройств, различных сенсоров, солнечных батарей и других приборов, где свет так или иначе влияет на ток.

Они также обладают высокой фотолюминесценцией и мобильностью зарядов, что делает их перспективной основой для создания высокочувствительных детекторов и сцинтилляторов ионизирующего излучения. Такие детекторы используются, в том числе, на ускорителях CERN — крупнейшей в мире лаборатории физики высоких энергий.

Перовскит получает сигнал от ионизирующего излучения в виде света (люминесценция) или тока (как фотодиод). Это даёт возможность создавать быстродействующие и высокочувствительные компоненты для регистрации частиц высокой энергии. Однако техника внутри коллайдера подвергается воздействию высоких доз радиации, что может приводить к ее повреждению. Соответственно, компоненты детекторов ионизирующего излучения должны обладать устойчивостью к такому воздействию и сохранять свои свойства на протяжении долгого времени.

Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Италии установили, что перовскитный монокристалл CH3NH3PbI3 сохраняет свои оптические свойства и структурную стабильность даже под длительным воздействием высоких доз радиации, что позволяет использовать такие кристаллы в длительных экспериментах с частицами.

«Коллайдер пересобирают примерно раз в пять лет. Перед нами стояла задача сделать материал, который выполняет все поставленные задачи и выдерживает высокие дозы излучения, то есть не теряет свойств за цикл проведения эксперимента», — поясняет главный автор работы Артур Иштеев, сотрудник лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ «МИСиС» и участник коллаборации CERN.

Помимо ускорителей частиц, такие перовскитные монокристаллы могут использоваться в атомных реакторах, калориметрах, рентгенологической технике, а также других устройствах и приборах, использующих радиационное излучение.


Директор Института биомедицинской инженерии Фёдор Сенатов на визионерской сессии «Прекрасное не далеко. Квантовый мир завтрашнего дня»Директор Института биомедицинской инженерии Фёдор Сенатов на визионерской сессии «Прекрасное не далеко. Квантовый мир завтрашнего дня»