Achieving Ultrahigh Light Yield with Trace Lithium Doping: Synergistic Defect Passivation in Large-Sized Rb 2 CuBr 3 Scintillators

材料科学 钝化 闪烁 闪烁体 光电子学 荧光粉 光致发光 激子 发光 Crystal(编程语言) 光子 辐射 卤化物 量子产额 产量(工程) 晶体生长 光电探测器 单晶 光学 量子效率 结晶 锂(药物) 发光二极管 动力学 粒子探测器 格子(音乐) 晶体结构 杂质 放射发光 千分尺 辐射损伤 检出限 晶体缺陷
作者
Ying Ding,Junnan Ma,Xinguang Wu,Yixuan Zeng,Qi Zhang,Zengyu Su,Jialun Wu,Depu Meng,Jingkun Chen,Jun Shen,Lingyun Li
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:17 (18): 5294-5302
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.6c00682
摘要

Metal halide scintillators are promising for radiation detection, but their detection performance is limited by inadequate crystal quality and defect-mediated nonradiative recombination. Herein, we report an efficient strategy to overcome the existing limitations by incorporating trace Li+ into low-dimensional Rb2CuBr3 crystals. This approach modulates the crystallization kinetics and simultaneously induces lattice contraction and effectively suppresses grain-boundary defects, enabling a controllable crystal growth of Li-doped Rb2CuBr3 crystals from the micrometer to centimeter scale. X-ray-excited Li-doped Rb2CuBr3 crystals exhibited an ultrahigh light yield of 120,871 photons MeV–1, an excellent imaging resolution of 20 lp mm–1, and a favorable detection limit of 30 μGyair s–1. The breakthrough in luminescence efficiency originates from the unique kinetics of defects under high-energy irradiation; namely, a sharp increase in the exciton concentration effectively passivates nonradiative recombination channels. This study presents a method for preparing large-sized scintillation crystals and reveals a universal mechanism for surpassing intrinsic limits in the performance of Rb2CuBr3 scintillating materials via the regulation of defect states, offering promising pathways toward efficient materials for radiation detection.
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