Perovskit s vrstvou gadolinia. Kredit: EPFL.

Perovskity si v poslední době vydobyly skvělou pověst jako materiál pro pokročilé solární články. Jejich pozoruhodná krystalická struktura jim umožňuje velmi efektivně konvertovat energii fotonů na elektřinu. Účinnost perovskitových solárních článků se blíží 30 procentům. Jak se ale zdá, perovskity mají ještě větší ambice. László Forró ze švýcarského Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) a jeho spolupracovníci využili krystaly perovskitu v novém detektoru radioaktivního záření.

László Forró. Kredit: EPFL.

Stejný mechanismus, kterým perovskit generuje elektřinu, může být použit jako senzor elektromagnetického záření. Když na takový senzor dopadne záření, vznikne elektrický signál. Obvykle jde o světelné záření. Forró a spol. ale zašli ještě dál a přizpůsobili tento mechanismus detekci neutronů. Takový detektor může odhalit úniky v jaderných elektrárnách a dalších zařízeních, v nichž se pracuje s radioaktivními materiály. Také umožní monitorování radioaktivních materiálů, ať už jsou přepravovány či skladovány legálně anebo nelegálně.

Struktura podobného perovskitu (CH3NH3PbI3). Kredit: Christopher Eames et al. / Wikimedia Commons.

Badatelé použili perovskit, který je založený na tribromidu methylamonia a olova (MAPbBr₃). Když krystaly tohoto materiálu vystavili zdroji neutronů, tak se v něm vytvářel elektrický proud. Neutrony pronikají do atomů krystalů, excitují je a následně vzniká gama záření, které pak v perovskitu produkuje měřitelný elektrický proud.

Během výzkumu se ukázalo, že takto vytvořený proud je příliš slabý pro praktické využití. Vědci proto vylepšili perovskit MAPbBr3 vrstvou gadolinia. Gadolinium se excituje víc a vytvoří více fotonů gama záření, které pak vytvoří silnější elektrický proud. Elektřina pak proudí uhlíkovou elektrodou do měřícího zařízení. V nejnovější verzi detektoru napěstovali krystaly perovskitu kolem gadoliniové folie. V tomto uspořádání je získaný elektrický signál tak kvalitní, že je možné určit směr a intenzitu toku neutronů.

Podle Forróa je jejich přístup jednoduchý, levný a efektivní. V experimentech názorně předvedli, že to funguje. Teď už s kolegy mohou pracovat na konstrukci výkonného detektoru neutronů.

Literatura

EPFL 2. 9. 2021.

Scientific Reports 11: 17159.