近期，《自然•通讯》 (Nature Communications)在线发表了我院林乾乾教授课题组在钙钛矿单晶和X射线探测器方向取得的新成果。论文题为“Crystallization of CsPbBr₃ single crystals in water for X-ray detection”（《水溶液结晶生长CsPbBr₃单晶用于X射线探测》）。该研究工作第一署名单位为武汉大学物理科学与技术学院。我院2019级博士生彭家丽为第一作者，林乾乾教授为通讯作者。这项工作的合作者还包括牛津大学Michael Johnston 教授、Laura Herz教授和昆士兰大学Jack Clegg教授。

金属卤化钙钛矿在过去十年中引起了研究界的关注，并在光伏、发光器件以及光探测领域展现出了巨大的潜力。特别的钙钛矿单晶材料，由于其具有高衰减系数、优良的电荷传输特性以及易于制备的优点而成为电离辐射探测的理想材料。然而，目前报道的钙钛矿单晶主要是在有机溶剂中高温生长的。尽管有研究表明，低温结晶可以有效降低陷阱密度，提高晶体质量，但目前报道的低温技术仍然需要有毒的有机溶剂。

为了解决上述问题，研究团队提出一种新的低温结晶策略，通过用水溶液取代有机溶剂来生长CsPbBr₃钙钛矿单晶。研究团队根据CsPbBr₃在水中不同温度下的溶解度来调节晶体生长温度从而精确控制晶体生长速率。同时在晶体生长过程中引入籽晶，并抑制大量微晶沉淀的形成。进一步地研究表明，与有机溶剂中生长的单晶相比，在水溶液中生长的单晶具有不同的结晶行为、优越的电荷传输特性以及更好的环境稳定性。此外，基于水溶液中生长的CsPbBr₃单晶制备的X射线探测器也表现出极佳的器件性能，如极低的暗电流(0.6 nA cm^-2@-1 V)和噪声(80 fA Hz^-1/2)，高灵敏度(4086 mC Gy_air^-1 cm^-2)及快速响应，同时也在X射线成像方面具有一定的适用性。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-21805-0