Les pérovskites sont des matériaux constitués de composés organiques liés à un métal. Propulsé à la pointe de la recherche sur les matériaux en raison de leur structure et de leurs propriétés, les pérovskites sont destinées à un large éventail d'applications, y compris dans les cellules solaires, Lumières LED, laser, et photodétecteurs.

Cette dernière application, photo—ou lumière—détection, intéresse particulièrement les scientifiques de la Faculté des sciences fondamentales de l'EPFL qui ont développé une pérovskite capable de détecter les rayons gamma. Dirigé par les laboratoires des professeurs László Forró et Andreas Pautz, les chercheurs ont publié leurs travaux dans Sciences avancées .

"Ce cristal de pérovskite photovoltaïque, cultivé dans cette taille de kilogramme, est un changeur de jeu, " dit Forró. " Vous pouvez le couper en gaufrettes, comme le silicium, pour les applications optoélectroniques, et, Dans cet article, nous démontrons son utilité dans la détection des rayons gamma."

Surveillance des rayons gamma

Les rayons gamma sont une sorte de rayonnement électromagnétique pénétrant qui est produit à partir de la désintégration radioactive des noyaux atomiques, par exemple., dans des explosions nucléaires ou même de supernovae. Les rayons gamma sont à l'extrémité la plus courte du spectre électromagnétique, ce qui signifie qu'ils ont la fréquence la plus élevée et la plus haute énergie. À cause de ce, ils peuvent pénétrer presque n'importe quel matériau, et sont largement utilisés dans la sécurité intérieure, astronomie, industrie, centrales nucléaires, surveillance de l'environnement, recherche, et même la médecine, pour détecter et surveiller les tumeurs et l'ostéoporose.

Mais précisément parce que les rayons gamma peuvent affecter les tissus biologiques, nous devons être en mesure de garder un œil sur eux. Pour faire ça, nous avons besoin de simples, fiable, et des détecteurs de rayons gamma bon marché. La pérovskite que les scientifiques de l'EPFL ont développée est basée sur des cristaux de tribromure de plomb méthylammonium (MAPbBr 3 ) et semble être un candidat idéal, répondant à toutes ces exigences.

Des avantages cristallins

Les pérovskites sont d'abord "cultivées" sous forme de cristaux, et la qualité et la clarté des cristaux déterminent l'efficacité du matériau lorsqu'il est transformé en films minces pouvant être utilisés dans des dispositifs tels que des panneaux solaires.

Les cristaux de pérovskite fabriqués par les scientifiques de l'EPFL présentent une grande clarté avec très peu d'impuretés. Quand ils ont testé les rayons gamma sur les cristaux, ils ont découvert qu'ils généraient des photoporteurs avec un « produit à durée de vie de mobilité élevée », ' qui est une mesure de la qualité des détecteurs de rayonnement. En bref, la pérovskite peut détecter efficacement les rayons gamma à température ambiante, simplement par mesure de résistivité.

Synthèse moins chère et évolutive

Le MAPbBr3 fait partie de la famille des pérovskites « halogénures métalliques », ce qui signifie que, contrairement aux cristaux leaders du marché, ses cristaux peuvent être cultivés à partir de matières premières abondantes et bon marché. La synthèse a lieu dans des solutions proches de la température ambiante sans nécessiter d'équipement coûteux.

Bien sûr, ce n'est pas la première pérovskite conçue pour la détection des rayons gamma. Mais le volume de la plupart des pérovskites aux halogénures métalliques cultivés en laboratoire utilisé pour cela est limité à environ 1,2 ml, ce qui est difficilement évolutif à des niveaux commerciaux. Cependant, l'équipe de l'EPFL a également développé une méthode unique appelée « intercroissance cristal-cristal orienté » qui leur a permis de fabriquer un litre entier de cristaux pesant 3,8 kg au total.

"Personnellement, J'ai beaucoup aimé travailler aux frontières communes de la physique de la matière condensée, chimie et physique des réacteurs, et de voir que cette collaboration pourrait mener à une application importante à notre société, " dit Pavao Andricevic, l'auteur principal.