El crecimiento de cristales grandes de CH3NH3PbBr3 de 3,8 kg en LPMC para la detección de rayos gamma de alta energía. A continuación, el cubo de Rubik establece la escala. Crédito: László Forró (EPFL). Crédito: László Forró (EPFL)
Las perovskitas son materiales formados por compuestos orgánicos unidos a un metal. Impulsadas a la vanguardia de la investigación de materiales debido a su estructura y propiedades, las perovskitas están destinadas a una amplia gama de aplicaciones, incluidas células solares, luces LED, láseres y fotodetectores.
Esa última aplicación, detección de foto o luz, es de particular interés para los científicos de la Escuela de Ciencias Básicas de la EPFL que han desarrollado una perovskita que puede detectar rayos gamma. Liderados por los laboratorios de los profesores Lászlo Forró y Andreas Pautz, los investigadores han publicado su trabajo en Ciencia avanzada.
“Este cristal de perovskita fotovoltaico, cultivado en este tamaño de kilogramo, cambia las reglas del juego”, dice Forró. “Puede cortarlo en obleas, como silicio, para aplicaciones optoelectrónicas y, en este documento, demostramos su utilidad en la detección de rayos gamma”.
Monitoreo de rayos gamma
Los rayos gamma son un tipo de radiación electromagnética penetrante que se produce a partir de la desintegración radiactiva de los núcleos atómicos, por ejemplo, en explosiones nucleares o incluso de supernovas. Los rayos gamma se encuentran en el extremo más corto del espectro electromagnético, lo que significa que tienen la frecuencia más alta y la energía más alta. Debido a esto, pueden penetrar casi cualquier material y se utilizan ampliamente en seguridad nacional, astronomía, industria, plantas de energía nuclear, monitoreo ambiental, investigación e incluso medicina, para detectar y monitorear tumores y osteoporosis.
Pero exactamente porque los rayos gamma pueden afectar el tejido biológico, tenemos que poder vigilarlos. Para hacer esto, necesitamos detectores de rayos gamma simples, confiables y económicos. La perovskita que desarrollaron los científicos de EPFL se basa en cristales de tribromuro de metilamonio y plomo (MAPbBr3) y parece ser un candidato ideal, que cumple con todos estos requisitos.
Ventajas cristalinas
Las perovskitas se “cultivan” primero como cristales, y la calidad y claridad de los cristales determina la eficiencia del material cuando se convierte en películas delgadas que se pueden utilizar en dispositivos como paneles solares.
Los cristales de perovskita que hicieron los científicos de EPFL muestran una alta claridad con muy pocas impurezas. Cuando probaron los rayos gamma en los cristales, encontraron que generaban fotoportadores con un alto “producto de movilidad-vida útil”, que es una medida de la calidad de los detectores de radiación. En resumen, la perovskita puede detectar de manera eficiente los rayos gamma a temperatura ambiente, simplemente midiendo la resistividad.
Síntesis más económica y escalable
La MAPbBr3 forma parte de la familia de perovskitas de “haluros metálicos”, lo que significa que, a diferencia de los cristales líderes en el mercado, sus cristales se pueden cultivar a partir de materias primas abundantes y de bajo costo. La síntesis se realiza en soluciones cercanas a la temperatura ambiente sin necesidad de equipos costosos.
Por supuesto, esta no es la primera perovskita fabricada para la detección de rayos gamma. Pero el volumen de la mayoría de las perovskitas de haluro metálico cultivadas en laboratorio que se utilizan para esto se limita a aproximadamente 1,2 ml, lo que difícilmente es escalable a niveles comerciales. Sin embargo, el equipo de EPFL también desarrolló un método único llamado ‘intercrecimiento cristalino orientado’ que les permitió hacer un litro completo de cristales que pesaban 3,8 kg en total.
“Personalmente, disfruté mucho trabajar en las fronteras comunes de la física de la materia condensada, la química y la física de los reactores, y ver que esta colaboración podría conducir a una aplicación importante en nuestra sociedad”, dice Pavao Andričevic, el autor principal.
Referencia: “Cristalogénesis en escala de kilogramos de perovskitas de haluro para mediciones de la tasa de dosis de rayos gamma” por Pavao Andričević, Pavel Frajtag, Vincent Pierre Lamirand, Andreas Pautz, Márton Kollár, Bálint Náfrádi, Andrzej Sienkiewicz, Tonko Garróma, László Forváth, 9 de diciembre de 2020, Ciencia avanzada.
DOI: 10.1002 / advs.202001882
