L'imagerie aux rayons X est indispensable dans les diagnostics médicaux et la caractérisation des matériaux. Pour générer une image, un détecteur convertit les rayons X qui traversent l'objet en signaux électriques. Une sensibilité au détecteur plus élevée permet des doses de rayonnement plus faibles, ce qui est particulièrement important dans les applications médicales.
Les détecteurs de rayons X actuellement utilisés sont constitués de composés inorganiques d'éléments avec des nombres atomiques moyens à élevés. Ces dernières années, les composés de pérovskite inorganiques ont également été testés en tant que détecteurs aux rayons X avec de très bons résultats.
Inspiré des matériaux de pérovskite
Maintenant, une équipe dirigée par l'expert du détecteur X-Ray Prof. Olena Maslyanchuk à HZB a démontré que deux nouveaux matériaux hybrides organiques inorganiques à base de bismuth peuvent être utilisés pour une détection de rayons X très efficace. Les deux matériaux basés sur le bismuth explorés dans ce travail ((ch3Ch2)3S)6Bi8je30 et ((ch3Ch2)3S) Agbii5ont été inspirés par l'émergence de pérovskites d'halogénure dans des dispositifs opto-électroniques et ont d'abord été explorés par le Dr Allan Starkholm lors de son doctorat. Travail de thèse au Royal Institute of Technology Stockholm, Suède.
« Les nombres atomiques élevés, les écarts de bande appropriés et les caractéristiques structurelles uniques les rendent idéaux pour la détection des rayons X », explique Starkholm. « Ils contiennent des cations de sulfonium stables au lieu des cations d'ammonium hygroscopiques traditionnellement utilisées qui sont prometteuses pour la stabilité à long terme. »
Processus de fabrication respectueux de l'environnement
En collaboration avec l'expert de BAM Franziska Emmerling, un processus de fabrication particulièrement respectueux de l'environnement a été utilisé: le moulage à billes. Cela produit des poudres polycristallines qui sont ensuite pressées dans des pastilles denses. Ces procédures sont également établies dans l'industrie.
En collaboration avec l'équipe du Dr Felix Lang à l'Université de Potsdam, les nouveaux matériaux ont été évalués pour leur utilisation dans des détecteurs de rayons X. « Les résultats montrent qu'ils fonctionnent mieux que les détecteurs commerciaux actuels, même sur de longues périodes », explique Starkholm. « En fait, ils démontrent des sensibilités jusqu'à deux ordres de grandeur plus élevées que les matériaux commerciaux comme le sélénium amorphe ou le CDZNTE – et peuvent détecter les doses de rayons X presque plus de 50 fois plus faibles. »
En plus d'une analyse approfondie en laboratoire, l'équipe a également étudié les échantillons à la ligne de faisceau XPP KMC-3 à Bessy II. Les détecteurs ont maintenu une réponse stable pendant l'irradiation des rayons X pulsé sous flux de photons à haute intensité, sans dégradation mesurable des performances observées après l'exposition, mettant en évidence la robustesse des matériaux de détection.
Perspectives au transfert de technologie
« Nous avons montré que ces matériaux entièrement nouveaux basés sur le bismuth sont d'excellents candidats à la détection des rayons X. Nos résultats mettent en évidence des opportunités passionnantes pour étendre la recherche sur les matériaux hybrides à HZB au-delà des photovoltaïques, à l'intérieur et au-delà du domaine de la pérovskite. Des détecteurs radiographiques plus sensibles permettraient de réduire considérablement l'exposition à la radiation pendant l'imagerie des rayons X », explique Maslyankuk.
Le transfert de technologie est la prochaine étape. « Il y a tellement d'entreprises passionnantes dans Adlershof que nous pourrions travailler avec pour optimiser le développement de ces détecteurs de rayons X », explique Starkholm.
