近日，晶体材料国家重点实验室陶绪堂教授团队采用水溶液法在Cs₃Cu₂I₅单晶中微掺杂异价磁性离子实现了创纪录的闪烁性能，其光产额达95,700 photons/MeV（¹³⁷Cs），闪烁衰减时间为3 ns (81.5%),能量分辨率为3.79%（662 KeV）。该单晶具有低成本、高密度（4.56 g/cm³）、高有效原子序数（52.2）、无自吸收、无放射性本底、无解理面、无毒性元素、优异的化学稳定性、不易潮解，对空气中光线不敏感等特点。这些突出的闪烁性能，适合实际应用的固有物理特性以及低成本制备优势，使得该单晶可能成为一种理想的闪烁体，展现出广阔的应用前景。相关研究成果以“Achieving a record scintillation performance by micro-doping heterovalent magnetic ion in Cs3Cu2I5single-crystal”为题在线发表于国际期刊Advanced Materials（Adv. Mater., 2023, 2304938, DOI: 10.1002/adma.202304938）。

图1、Cs₃Cu₂I₅:Mn单晶及其晶体质量表征

图2、Cs₃Cu₂I₅:Mn单晶的闪烁衰减时间

图3、Cs₃Cu₂I₅:Mn单晶的光产额和能量分辨率

闪烁体是一种能有效地吸收电离辐射并将能量转化为光的发光材料。经过100多年的探索和研究，目前已开发出几十种有价值的闪烁体，在核医学成像诊断、高能物理、核物理、天体物理、安全检查、地质勘探等领域都有广泛的应用。然而，到目前为止，还没有一个闪烁体能够提供所需的高光输出、超快闪烁衰减、优良的环境稳定性和低成本的完美结合。例如：备受瞩目的LaBr₃:Ce晶体是目前已知综合性能最好的闪烁体，具有光输出高（60,000~70,000 photons/MeV）、能量分辨率低（<3%）和衰变时间短（16~20 ns）等优点。然而，该晶体具有放射性本底和极易潮解的缺点，而且生产成本高。

陶绪堂团队发现异价磁性离子的微掺杂（ppm级别）可以有效调节闪烁体中自俘获激子的发光动力学。在Cs₃Cu₂I₅单晶中均匀引入微量磁性离子Mn²⁺（~18.6 ppm），采用溶液法生长了高质量的体块Cs₃Cu₂I₅:Mn单晶闪烁体。他们与军事科学院王尊刚团队合作，发现该单晶展现出超快的闪烁衰减时间和超高的光产额。

（摘自 山东大学新闻网）