La detección de rayos X es fundamental en el ámbito de la medicina y la caracterización de materiales. Este proceso se basa en la conversión de los rayos X que atraviesan un objeto en señales eléctricas mediante un detector. Aumentar la sensibilidad de estos detectores permite reducir las dosis de radiación, un aspecto de gran relevancia en aplicaciones médicas.
Los detectores de rayos X actualmente utilizados están compuestos por compuestos inorgánicos de elementos con números atómicos medianos a altos. En los últimos años, se han probado compuestos inorgánicos de perovskita como detectores de rayos X, obteniendo resultados muy positivos.
Materiales híbridos de bismuto para detección de rayos X
Un equipo dirigido por la experta en detectores de rayos X, la profesora Olena Maslyanchuk del HZB, ha demostrado que dos nuevos materiales híbridos organo-inorgánicos a base de bismuto pueden utilizarse para la detección de rayos X con alta eficiencia. Los compuestos bismutados [(CH3CH2)3S]6Bi8I30 y [(CH3CH2)3S]AgBiI5 se inspiraron en la aparición de perovskitas halógenas en dispositivos optoelectrónicos y fueron explorados inicialmente por el Dr. Allan Starkholm durante su tesis doctoral en el Instituto Real de Tecnología de Estocolmo, Suecia.
Starkholm señala que “los altos números atómicos, los niveles de banda adecuados y las características estructurales únicas los convierten en ideales para la detección de rayos X”. Estos nuevos materiales presentan cationes sulfonio estables en lugar de los cationes de amonio tradicionalmente utilizados, que son higroscópicos y prometen una mayor estabilidad a largo plazo.
Un proceso de fabricación respetuoso con el medio ambiente
En colaboración con la experta Franziska Emmerling del BAM, se utilizó un proceso de fabricación particularmente respetuoso con el medio ambiente: la molienda en bolas. Este método produce polvos policristalinos que luego se presionan en pellets densos, procedimientos que ya están establecidos en la industria.
Junto con el equipo del Dr. Felix Lang de la Universidad de Potsdam, se evaluaron los nuevos materiales para su uso en detectores de rayos X. “Los resultados muestran que superan a los detectores comerciales actuales, incluso durante largos períodos de tiempo”, afirma Starkholm. De hecho, demuestran sensibilidades hasta dos órdenes de magnitud superiores a materiales comerciales como el selenio amorfo o CdZnTe, y pueden detectar dosis de rayos X casi 50 veces más bajas.
Además de un análisis exhaustivo en laboratorio, el equipo también estudió las muestras en el haz KMC-3 XPP en BESSY II. Los detectores mantuvieron una respuesta estable durante la irradiación pulsada de rayos X bajo un flujo de fotones de alta intensidad, sin observarse degradación medible en el rendimiento tras la exposición, lo que destaca la robustez de estos nuevos materiales.
“Hemos demostrado que estos nuevos materiales a base de bismuto son excelentes candidatos para la detección de rayos X. Nuestros resultados resaltan oportunidades emocionantes para expandir la investigación de materiales híbridos en HZB más allá de la fotovoltaica, tanto dentro como fuera del ámbito de la perovskita. Detectores de rayos X más sensibles permitirían reducir significativamente la exposición a la radiación durante la imagenología por rayos X”, concluye Maslyanchuk.
La transferencia de tecnología será el siguiente paso. “Existen numerosas empresas innovadoras en Adlershof con las que podríamos colaborar para optimizar el desarrollo de estos detectores de rayos X”, añade Starkholm.
