Les rayons X sont des ondes électromagnétiques de courtes longueurs d'onde et à forte pénétrabilité dans la matière physique, y compris les organismes vivants. Les scintillateurs capables de convertir les rayons X en photons ultraviolets (UV), visibles ou proches infrarouges (NIR) sont largement utilisés pour réaliser la détection indirecte des rayons X et l'imagerie XEOL dans de nombreux domaines. Ils comprennent le diagnostic médical, la tomodensitométrie (CT), l'exploration spatiale et les inspections non destructives de matériel industriel et de sécurité.

Les scintillateurs en vrac commerciaux possèdent un rendement lumineux élevé (LY) et une résolution énergétique supérieure. Cependant, ils souffrent de plusieurs inconvénients, tels que des procédures de fabrication complexes, un équipement expérimental coûteux, une longueur d'onde XEOL non accordable et une mauvaise aptitude au traitement du dispositif. Ils produisent tous des émissions dans la gamme spectrale visible, mais avoir XEOL dans la gamme NIR peut trouver des applications plus intéressantes en biomédecine. Les cristaux épais génèrent également une diffusion de la lumière suivie d'une diaphonie de signal évidente dans un réseau de photodiodes.

Récemment, les pérovskites aux halogénures métalliques ont été étudiées pour la détection par rayons X. Malheureusement, ces matériaux présentaient également certaines limitations intrinsèques, telles qu'une faible stabilité photo/environnementale, une toxicité des métaux lourds et une faible LY. Ainsi, la recherche de développement d'une nouvelle génération de scintillateurs reste un axe considérable de la recherche scientifique.

Dans un nouvel article publié dans eLight , une équipe de scientifiques, dirigée par le professeur Prasad N. Paras de l'Université de Buffalo, a étudié l'utilisation de NS fluorés dopés aux lanthanides. Leur article a examiné les stratégies de conception et les nanostructures qui permettent la manipulation de la dynamique d'excitation dans une géométrie cœur-coque.

Les NS fluorés dopés aux lanthanides évitent les limitations des scintillateurs en vrac et des pérovskites aux halogénures métalliques. Ils présentent également de nombreuses propriétés utiles. Les structures noyau-enveloppe des NS au fluorure dopés aux lanthanides peuvent être ajustées et conçues à la demande en utilisant une méthode chimique par voie humide bon marché et pratique. Les longueurs d'onde d'émission peuvent être ajustées et étendues à la deuxième fenêtre NIR, bénéficiant des niveaux d'énergie abondants des activateurs de lanthanide.

Ces SN présentent une photostabilité supérieure, une faible toxicité et une capacité de traitement pratique. Cela en fait des candidats prometteurs pour les SN de nouvelle génération et l'imagerie XEOL. De plus, ils présentent la propriété XEPL, montrant des applications prometteuses en biomédecine et en codage optique d'informations. La combinaison de XEOL et XEPL les rend aptes à élargir le champ de leurs applications.

Ces dernières années, des progrès significatifs ont été réalisés dans le développement de la SN. L'équipe de recherche a discuté des stratégies de conception et de la nanostructure qui permettent la manipulation de la dynamique d'excitation dans une géométrie noyau-enveloppe. Ils produisent également XEOL, XEPL, la conversion ascendante de photons (UC) et la rétrogradation (DS). Il permet une émission à plusieurs longueurs d'onde et à différentes échelles de temps.

Le principe de fonctionnement fondamental de l'imagerie XEOL est d'enregistrer l'atténuation des rayons X après pénétration du sujet avec un scintillateur et imagerie avec une caméra. L'écran scintillateur est placé sous la cible pour absorber les photons X transmis. Une faible dose de rayons X pénétrant dans les organismes vivants permet l'application de la tomodensitométrie. La pénétration de matière non vivante permet une inspection de la qualité et de la sécurité des produits. La dose d'irradiation aux rayons X doit être suffisamment faible pour garantir la sécurité, tandis que la haute résolution et le contraste distinct sont importants pour l'analyse des images.

Les rayons X, rayonnements ionisants à grande profondeur de pénétration dans le corps humain, ont été largement étudiés pour les applications de radiothérapie et de bioimagerie. Le XEOL fort peut activer les photosensibilisateurs pour générer des espèces réactives de l'oxygène. Ils ralentissent ou arrêtent directement la croissance tumorale par thérapie photodynamique, provoquant une inflammation et compromettant la microvascularisation.

Le XEPL dans la gamme UVC peut être utilisé pour la stérilisation et la destruction in vivo des agents pathogènes et des cellules cancéreuses. Les fluorures avec une grande bande interdite et une création facile de défauts anioniques sont appropriés pour générer une luminescence persistante UVC. Les caractérisations expérimentales combinées aux calculs des premiers principes ont suggéré que les lacunes de fluor induites par l'introduction d'oxygène agissaient comme des pièges à électrons.

Les photodétecteurs ont diverses applications dans la détection biomédicale, l'imagerie par caméra, les communications optiques et la vision nocturne. Dans les photodétecteurs commerciaux, des semi-conducteurs inorganiques cristallins sont utilisés comme photodiodes et phototransistors. Ils ne répondent pas efficacement à une large gamme d'énergie photonique couvrant les rayons X, l'ultraviolet-visible (UV-vis) et la lumière NIR.

Sous excitation NIR, la couche de fluorure dopée aux lanthanides émet de la lumière UV-visible par le biais de processus UC de transfert d'énergie. Le processus de réabsorption de rayonnement ultérieur des activateurs de lanthanide à la couche de pérovskite se produit. L'émission visible de la couche de pérovskite est produite par la recombinaison des électrons dans le CB et des trous dans le VB.

Ce nanotransducteur a présenté une large réponse linéaire aux rayons X avec différents débits de dose et des photons UV et NIR à différentes densités de puissance. Comme indiqué dans la section 4.4, sans intégrer la couche de pérovskite, les fluorures dopés aux lanthanides NS peuvent également être utilisés pour la génération de XEOL, UC et DS, ce qui pourrait être possible pour la réalisation de la détection à large bande en théorie et nécessite plus d'étude dans le futur.

Les nanoparticules de fluorure dopées au lanthanide sont des candidats appropriés pour les NS de nouvelle génération en raison de leur faible biotoxicité, de leur photo-/stabilité environnementale élevée, de leur capacité de traitement facile, de leurs propriétés XEOL et XEPL réglables et d'autres caractéristiques utiles.

Afin de promouvoir le développement de NS fluorés à haute performance et leurs applications pratiques, l'équipe a discuté ci-dessous des défis existants et des futures opportunités multidisciplinaires dans ce domaine. La compréhension du mécanisme XEOL profite à la conception et à l'exploration de nouveaux SN fluorés. À l'heure actuelle, la manière dont les porteurs de charge à faible énergie cinétique générés sont transportés vers les centres luminescents ou capturés par des défauts et les facteurs d'influence correspondants ne sont pas clairs.

Les premiers niveaux excités non radiatifs peuplés et les niveaux radiatifs des activateurs de lanthanide sont optimaux lors du calcul ou de la caractérisation des différences d'énergie entre ces porteurs de charge. Ces calculs guideront la conception des processus de transfert d'énergie pour faire correspondre les différences d'énergie suivies par le rendement lumineux amélioré. High LY est une condition préalable à la réalisation d'applications à ultra-faible débit de dose. + Explorer plus loin

Luminescence proche infrarouge efficace dans les doubles pérovskites aux halogénures inorganiques dopés aux lanthanides