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(noticias nanowerk) La tecnología de rayos X desempeña un papel importante en la medicina y la investigación científica, ya que permite obtener imágenes médicas no invasivas y conocer los materiales. Los avances recientes en la tecnología de rayos X permiten haces más brillantes e intensos y la obtención de imágenes de sistemas cada vez más complejos en condiciones del mundo real, como el interior de las baterías en funcionamiento.
Para respaldar estos avances, los científicos están trabajando para desarrollar materiales detectores de rayos X que puedan resistir rayos X brillantes y de alta energía, en particular los de grandes sincrotrones de rayos X, manteniendo al mismo tiempo la sensibilidad y la rentabilidad.
Un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y sus colegas han demostrado el extraordinario poder de un nuevo material para detectar patrones de dispersión de rayos X de alta energía. Con su excelente durabilidad con un flujo de rayos X ultra alto y su costo relativamente bajo, el material detector podría encontrar una amplia aplicación en la investigación de rayos X basada en sincrotrón.
Los resultados de los experimentos fueron reportados en Materiales avanzados (“Detección de rayos X de flujo ultraalto mediante una perovskita cultivada en solución CsPbBr3 Detector semiconductor monocristalino») y Materiales ópticos avanzados (“Perovskita CsPbBr3 Detector monocristal funcionando a 1010 fotones−1 milímetros−2 para la detección de rayos X de flujo ultraalto»).
En un experimento de dispersión de rayos X, un haz de fotones (o partículas de luz) viaja a través de una muestra que se va a examinar. La muestra dispersa los fotones, que luego impactan en el material del detector. El análisis de la dispersión de los rayos X permite a los científicos conocer la estructura y composición de la muestra.
“Muchos de los materiales detectores actuales no son adecuados para la amplia gama de energías de haz y los enormes flujos de rayos X que emanan de las grandes instalaciones de sincrotrón. Aquellos que pueden ser a menudo son costosos, difíciles de cultivar o requieren enfriamiento a temperaturas muy bajas”, dijo Antonino Miceli, físico de Advanced Photon Source (APS) de Argonne, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.
Debido a la necesidad de mejores materiales detectores, el equipo analizó el rendimiento de los cristales de perovskita de bromuro de cesio. Las perovskitas tienen estructuras simples con propiedades altamente sintonizables, lo que las hace adecuadas para una variedad de aplicaciones.
El material se cultivó utilizando dos métodos diferentes. Un método consistía en fundir y enfriar el material para inducir la formación de cristales, lo que se realizó en el laboratorio de Duck Young Chung, científico de la División de Ciencia de Materiales de Argonne. El otro enfoque fue un enfoque basado en soluciones, donde los cristales se cultivan a temperatura ambiente. Este trabajo se realizó en la Universidad Northwestern en el laboratorio de Mercouri Kanatzidis, un científico senior de Argonne con un nombramiento conjunto en la Universidad Northwestern.
«En la línea de luz 11-ID-B de APS, estudiamos cristales creados utilizando estas dos estrategias y cómo se comportan bajo una amplia gama de flujos de sincrotrón», dijo Kanatzidis. «Los resultados fueron bastante sorprendentes».
El material cultivado con ambos métodos demostró capacidades de detección excepcionales y sobrevivió fácilmente a flujos hasta el límite de APS.
«Este material detector puede detectar pequeños cambios, proporcionando una mayor comprensión de los materiales reales en condiciones del mundo real», dijo Miceli. «En comparación con los materiales detectores tradicionales como el silicio, es relativamente denso y está estructurado de una manera que influye en sus propiedades eléctricas, lo que resulta en una mejor eficiencia y sensibilidad».
Los rayos X de alta energía permiten a los investigadores estudiar sistemas dinámicos en tiempo real. Estos incluyen procesos biológicos en las células o reacciones químicas dentro de un motor. Con la capacidad del nuevo detector para detectar cambios sutiles durante los experimentos, los investigadores pueden obtener información valiosa sobre actividades complejas y rápidas en materiales, lo que permite estudios más rápidos y detallados.
Los materiales detectores de alta calidad son aún más importantes en el APS, ya que la instalación está pasando por una extensa modernización que aumentará el brillo de sus líneas de luz hasta 500 veces.
«Nuestro grupo pudo cultivar cristales de muy alta calidad gracias a las capacidades y experiencia únicas de Argonne, que realmente ayudaron a mejorar el rendimiento del material», dijo Chung.
De cara al futuro, el equipo de investigación quiere centrarse en ampliar la producción y optimizar la calidad del cristal. Esperan más aplicaciones para el material, incluido su posible uso en la detección de rayos gamma a energías extremadamente altas con el apoyo de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear del DOE.
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