El futuro de las imágenes de rayos X: soluciones ultraestables de alta resolución con nanocristales antiperovskita sin plomo

En los ámbitos de la inspección de materiales, el diagnóstico médico, los descubrimientos astronómicos y la investigación científica, la demanda de métodos de obtención de imágenes de rayos X ultraestables y de alta resolución ha provocado una ferviente búsqueda de materiales innovadores que respondan a los rayos X. Estos materiales buscados deben poseer cualidades excepcionales, como alta atenuación de rayos X, centelleo eficiente, decaimiento rápido de la luz y durabilidad robusta.

Entre ellos, las perovskitas a base de haluro de plomo se han convertido en un competidor convincente debido a su notable eficiencia de luminiscencia, capacidades superiores de atenuación de rayos X y corta vida útil de la fluorescencia. Sin embargo, su aplicación en el campo del centelleo se ve obstaculizada por la toxicidad del metal pesado plomo (Pb), el bajo rendimiento de fotones causado por los efectos de autoabsorción y la escasa estabilidad de la radiación de rayos X.

Rompiendo barreras: nanocristales anti-perovskita sin plomo

Para superar estos desafíos, los investigadores han buscado soluciones en haluros metálicos de dimensión cero (0D) sin plomo, como los haluros a base de cobre, plata, circonio y manganeso. Estas intrigantes alternativas se han mostrado prometedoras como centelleadores efectivos para la detección e imagen de rayos X, con altos rendimientos de fotones, diversas opciones de composición y estructura, y un mecanismo de luminiscencia único conocido como excitones autoatrapados (STE).

Sin embargo, un obstáculo importante radica en la fabricación de estos haluros metálicos como películas delgadas u obleas, lo que da como resultado una resolución de imagen inferior a la media debido a la dispersión de la luz causada por las partículas grandes y los límites del cristal. Además, los haluros metálicos 0D sin plomo se enfrentan a desafíos relacionados con la mala estabilidad, especialmente en entornos cálidos y húmedos.

En un avance reportado en Fotónica avanzada, investigadores de la Universidad Tecnológica del Sur de China desarrollaron un enfoque pionero que revoluciona las imágenes de rayos X. Lograron imágenes de rayos X ultraestables y de alta resolución incluso en condiciones exigentes de alta temperatura y humedad. La clave: Cs sin plomo₃MnBr₅ nanocristales anti-perovskita incrustados dentro de una matriz de vidrio.

A diferencia de los materiales de perovskita tradicionales, las antiperovskitas poseen una estructura distintiva representada como [MX₄]XA₃ [A = alkali metal; M = transition metal; and X = chlorine (Cl), bromine (Br), and iodine (I)]. Esta configuración única presenta un centro de luminiscencia, el [MX₄]^2- tetraedro, ubicado dentro de un XA tridimensional (3D)₆ esqueleto octaédrico anti-perovskita. Esta estructura reduce significativamente la interacción del centro de luminiscencia, fomentando efectos de confinamiento espacial mejorados y, en última instancia, produciendo una alta eficiencia cuántica y estabilidad de luminiscencia.

A través del proceso de cristalización in situ durante el recocido, Mn²⁺ Los iones se integran a la perfección en la matriz de vidrio, lo que da lugar a colores de luminiscencia ajustables que van del rojo al verde, según lo dicte el programa de recocido. Además, las C.₃MnBr₅ El vidrio con nanocristales incrustados exhibe una estabilidad de irradiación de rayos X, una estabilidad térmica y una resistencia al agua incomparables.

Sorprendentemente, también cuenta con un límite de detección de rayos X excepcional (767 nanograys por segundo), una impresionante resolución espacial de imágenes de rayos X (19,1 pares de líneas por milímetro) y una excelente estabilidad de irradiación de dosis de rayos X (5,775 miligrays por segundo).

Este trabajo presenta un esquema nuevo e intrigante que aprovecha el potencial de los compuestos vítreos transparentes que incorporan nanocristales de haluro anti-perovskita sin plomo para aplicaciones de imágenes de rayos X ultraestables y de alta resolución. Los resultados de esta investigación podrían servir como catalizador, estimulando una mayor exploración y desarrollo de nuevos materiales anti-perovskita de haluros metálicos. En última instancia, este descubrimiento allana el camino para el desarrollo futuro de dispositivos de imágenes de rayos X de próxima generación, lo que promete avances transformadores en el campo del diagnóstico y la imagen de rayos X.