Exciton-harvesting enabled efficient charged particle detection in zero-dimensional halides
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Abstract Materials for radiation detection are critically important and urgently demanded in diverse fields, starting from fundamental scientific research to medical diagnostics, homeland security, and environmental monitoring. Low-dimensional halides (LDHs) exhibiting efficient self-trapped exciton (STE) emission with high photoluminescence quantum yield (PLQY) have recently shown a great potential as scintillators. However, an overlooked issue of exciton-exciton interaction in LDHs under ionizing radiation hinders the broadening of its radiation detection applications. Here, we demonstrate an exceptional enhancement of exciton-harvesting efficiency in zero-dimensional (0D) Cs 3 Cu 2 I 5 :Tl halide single crystals by forming strongly localized Tl-bound excitons. Because of the suppression of non-radiative exciton-exciton interaction, an excellent α/β pulse-shape-discrimination (PSD) figure-of-merit (FoM) factor of 2.64, a superior rejection ratio of 10 −9 , and a high scintillation yield of 26 000 photons MeV −1 under 5.49 MeV α-ray are achieved in Cs 3 Cu 2 I 5 :Tl single crystals, outperforming the commercial ZnS:Ag/PVT composites for charged particle detection applications. Furthermore, a radiation detector prototype based on Cs 3 Cu 2 I 5 :Tl single crystal demonstrates the capability of identifying radioactive 220 Rn gas for environmental radiation monitoring applications. We believe that the exciton-harvesting strategy proposed here can greatly boost the applications of LDHs materials.
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Le contrôle bibliographique ouvert
DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.
- Titre Crossref
- Exciton-harvesting enabled efficient charged particle detection in zero-dimensional halides
- Date Crossref
- 14/08/2024
- Éditeur
- Springer Science and Business Media LLC
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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Chinese Academy of Sciences pays non établi dans la noticeOrganisme public
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Shanghai Institute of Ceramics pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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General Research Institute for Nonferrous Metals (China) pays non établi dans la noticeEntreprise
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Institute of High Energy Physics pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Beihang University Department of Physics pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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China Spallation Neutron Source pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Czech Academy of Sciences Department of Optical Materials pays non établi dans la noticeOrganisme public
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FZU ‒ Institute of Physics of the Academy of Sciences of the Czech Republic pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Northwest Institute of Nuclear Technology pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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National Engineering Research Center for Rare Earth pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Dongguan Spallation Neutron Source Science Center pays non établi dans la noticeOrganisation à but non lucratif
Chinese Academy of Sciences, Shanghai Institute of Ceramics et General Research Institute for Nonferrous Metals (China), avec 8 autres affiliations.
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