Structural Engineering Enables Suppressed Ion Migration and Enhanced Hard X‐Ray Detection Performance in Novel Oxide Single Crystals

材料科学 离子 单晶 单独一对 电子 光电子学 检出限 X射线光电子能谱 分析化学(期刊) 结晶学 核磁共振 化学 物理 量子力学 色谱法 有机化学 分子
作者
Xiaojie Guo,Tingting Cao,Youxuan Sun,Lei Wang,Zeliang Gao,Xutang Tao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (29) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adfm.202400442
摘要

Abstract X‐ray detectors have obtained great attention in medical diagnostics, security checks, and space exploration. However, ion migration of X‐ray detectors results in dark current drift, low signal‐to‐noise ratio, and degradation of detection performance. Here, ion migration properties of Li 2 ZrTeO 6 and ZrTe 3 O 8 are comprehensively investigated by theoretical analysis and experimental results. ZrTe 3 O 8 single crystal exhibits a high migration barrier of O 2− ion (1.89 eV), a high ion activation energy (992.6 meV), and an ultralow dark current drift (3.16 × 10 −9 nA cm −1 s −1 V −1 ) due to the absence of Li + cations and the disconnecting of adjacent ZrO 6 octahedra, which is better than Li 2 ZrTeO 6 single crystal. These results show that the absence of low atomic number elements and the disconnecting of adjacent octahedra in crystal structure can inhibit ion migration essentially. Owing to a high resistivity, a high mobility lifetime product, suppressed ion migration, and the lone‐pair electrons enhancement effect of detection performance for Te 4+ cations, ZrTe 3 O 8 X‐ray detector shows a high sensitivity of 348 µC Gy −1 cm −2 and an ultralow detection limit of 15.4 nGy air s −1 . This work proposes an effective strategy to inhibit ion migration and proves the enhancement effect of detection performance for the cations containing lone‐pair electrons.

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