X 射线直接探测器因其高能量分辨率和系统集成度，在医学诊断等领域发挥着日益重要的作用。近年来，无金属卤化物钙钛矿(Metal-Free Halide Perovskite, MFP)材料因其结构可设计性、生物友好性，获得了一定关注。然而，现有器件普遍依赖高工作电压来提升载流子利用效率，易造成晶体损伤及离子迁移，限制了器件的应用。近几年，兰州大学物理学院靳志文教授团队从功能基元定向调控与设计的角度，对MFP各位置离子结构进行设计以调节晶体内部相互作用，得到了一系列新型MFP材料，并实现了X射线探测器的构筑(Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202207198; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202218349; Adv. Mater. 2023, 35, 2300480; Nano Lett. 2023, 23, 9972–9979; npj Flexible Electron. 2024, 8, 46)。这些设计方案有效提升了器件在高电场与强辐照环境下的稳定性，推动了MFP材料在X射线探测应用中的发展。
基于此，近日团队进一步提出基于体光伏效应(BPVE)实现自供能探测的新思路，并首次构建了基于极化MFP材料的自供能X射线探测器。团队以A位阳离子对称性调控为核心设计策略，通过构筑非对称离子构型诱导晶体极性，增强材料内部的极化电场以驱动载流子分离与收集。通过理论计算结合实验辅助证实了极性基团对体系中缺陷态与深能级响应的调控作用，辨析了其作用机理。所构建器件在0V偏压下实现了超高的探测灵敏度。同时，研究还提出了基于该类器件的“传感器内计算”成像新方案，为构建高性能X射线成像系统提供了参考。相关成果以“Evidence of Cation Symmetry Reduction Induced Bulk Photovoltaic Effect in Metal-Free Perovskite for Efficient Self-Powered X-Ray Detection”为题发表在《Advanced Materials》上 (Adv. Mater. 2025, 37, 2502335)。
兰州大学物理学院为论文第一单位。上述成果得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费及兰州大学超算中心等项目的大力支持。同时，相关理论计算及实验机理验证得到了兰州理论物理中心的合作支持。
参考消息来源：兰州大学
