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仪表网 研发快讯】中国科学院大学光电学院孟祥悦研究团队成功开发了一种面向强屏蔽环境的低剂量 X 射线探测与信号解码技术，相关研究成果以“Halogen Substitution in Lead-Free Double Perovskites toward Ultralow-Dose X-ray Detection and Signal Decoding”为题发表在电子器件领域国际权威期刊《IEEE Electron Device Letters》上。该工作提出端基卤素取代晶体工程策略，研制新型二维无铅双金属钙钛矿X射线探测器，实现超高灵敏度、超低检测限X射线响应，并完成强铝屏蔽层下低剂量 X 射线通信信号解码演示，为强屏蔽环境下的低剂量信号识别与可靠信息解码提供了新的探测器件支撑。
X射线具备波长极短、穿透能力强、不受电磁干扰等独特优势，在深空探测、核防护空间、大型工业设施、应急特种通信等强屏蔽场景中，是传统无线通信的重要替代方案。但X射线穿透屏蔽介质后剂量大幅衰减，现有商用探测器普遍存在噪声高、探测下限高、载流子输运性能差等短板，难以实现微弱X射线信号稳定识别与可靠解码，制约了X射线通信技术落地应用。为解决这一问题，研究团队从材料分子结构设计出发，在A位有机阳离子末端引入碘原子，构筑了新型二维无铅双金属钙钛矿(I-PA)4AgBiI8。该端基卤素取代策略增强了有机分子的极化能力和碘相关分子间相互作用，有助于稳定二维双钙钛矿晶体结构，同时提升材料的介电屏蔽能力，促进 X 射线诱导载流子的有效产生、分离与收集。实验结果表明，该材料具有较高的介电常数(εr = 38.1)、较低的激子结合能(Eb = 50.4 meV)和较高的晶体密度(3.452 g cm-3)，为高效 X 射线吸收与载流子输运提供了材料基础。基于(I-PA)4AgBiI8 构筑的 X 射线探测器表现出优异的低剂量探测能力，器件迁移率-寿命积达到 1.2 × 10-3 cm2 V-1，最高灵敏度达到 1.79 × 104 μC Gyair-1 cm-2，并在 100 V 偏压下实现了低至 0.012 nGyair s-1 的系统级检测限。同时，较高的离子迁移活化能有助于降低暗电流漂移和噪声累积，使器件在长时间连续工作过程中保持良好的响应稳定性。
在高性能探测的基础上，研究团队进一步开展了低剂量 X 射线信号解码验证。实验中，研究人员通过调制 X 射线源，将输入电压信号编码为摩尔斯码，并利用(I-PA)4AgBiI8 探测器接收和解析信号，实现了代表“UCAS”的摩尔斯码信息识别。为模拟强屏蔽传输环境，研究团队将 X 射线束穿过 18.8 mm 厚铝板，使剂量率衰减至 157 nGy s?¹。在低剂量和强衰减条件下，探测器仍可实现准确的信号识别，并完成像素图案信息的传输与重构，展示了其在强屏蔽环境下低剂量信息传输与识别中的应用前景。
该工作通过卤素取代分子工程同步优化无铅钙钛矿晶体稳定性、介电特性与载流子输运性能，打通了超低剂量X射线探测与信息解码一体化实现路径。成果不仅为高灵敏、低噪声、环境友好型X射线探测器提供全新分子设计思路，也为深空探测、核工业在线监测、密闭空间应急通信等国家关键场景提供高性能探测器件解决方案。本研究得到北京自然科学基金、国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费与中国科学院大学专项科研项目联合资助。论文第一作者为中国科学院大学博士研究生王丽霞；通讯作者为光电学院孟祥悦教授。
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