Le proprietà elettriche ed optoelettroniche delle perovskiti di alogenuri metallici permettono di realizzare rivelatori per raggi X ultra-sensibili, portatili e a basso consumo
Le perovskiti di alogenuri metallici (MHP) hanno introdotto una vera e propria rivoluzione nel settore dell’energia solare, grazie allo sviluppo di celle fotovoltaiche ad alta efficienza e soprattutto a basso costo, ma le loro potenzialità vanno ben oltre.
Le eccezionali proprietà elettriche ed optoelettroniche delle MHP hanno anche permesso di realizzare rivelatori per raggi X ultra-sensibili, portatili e a basso consumo, sia a film sottile che a cristallo, per applicazioni nel campo della diagnostica medica, della sicurezza domestica o dell’aerospazio.
Lo scoglio principale da superare per la commercializzazione dei rivelatori a perovskite per raggi X è dato dalla loro stabilità operativa a lungo termine, che si è rivelata finora insufficiente, spesso accompagnata da un drastico e peggioramento delle prestazioni dopo poche ore di irraggiamento.
In uno studio svolto nell’ambito del progetto “PARIDE” (Perovskite Advanced Radiotherapy & Imaging Detectors), il team del Diathema Lab dell’Istituto di struttura della materia del Cnr (Cnr-Ism), in collaborazione con il CHOSE dell’Università di Roma Tor Vergata e l’Università Niccolò Cusano, si è dimostrato che rivelatori di raggi X basati su film sottili (255 nm) di un particolare tipo di MHP (FAPbBr3), depositata su biossido di titanio (TiO2) mesoporoso hanno un’eccezionale stabilità operativa e sono in grado di lavorare ininterrottamente per 26 giorni senza perdita di segnale. Nessun danno strutturale si è verificato dopo un irraggiamento ad una dose complessiva di circa 200 Gy, dimostrando un’ottima resistenza al danno da radiazione nonostante la struttura a film sottile. Una sensibilità di 7.28 C Gy−1 cm−3 a 0 V, record nel campo dei fotoconduttori e fotodiodi per raggi X di energia superiore a 2 keV, è stata ottenuta grazie alla presenza di un elevato guadagno di corrente.
L’intuizione alla base dell’idea progettuale è stata quella di adattare una tecnologia affidabile nel campo delle celle solari (basata su strutture estremamente stabili a base di FAPbBr3/TiO2) alla rivelazione di raggi X, realizzando dei prototipi che possono essere indifferentemente usati sia per la realizzazione di pannelli fotovoltaici che di dosimetri per radioterapia nella cura di tumori o nel campo della radiologia interventistica.
A tale scopo, i primi prototipi realizzati sono stati testati con successo presso l’acceleratore lineare del reparto di Radioterapia Oncologica del San Giovanni di Roma, mostrando risultati eccellenti.
In considerazione dell’importanza dei risultati ottenuti e della loro spiccata interdisciplinarità, dal settore energetico alle scienze della vita, il lavoro è stato recentemente oggetto di una pubblicazione su una rivista ad alto impatto (IF = 26.6) come Nano-Micro Letters.