Homogeneous bidirectional locking enables reinforced buried interface for high-resolution perovskite X-ray imagers
यह अध्ययन एक समांगी द्वि-दिशीय लॉकिंग इंटरलेयर रणनीति प्रस्तुत करता है जो समाधान-प्रसंस्कृत पेरोव्स्काइट फिल्मों के दबे हुए इंटरफेस को सुदृढ़ करती है, जिससे यांत्रिक मजबूती और चार्ज संग्रह दक्षता में महत्वपूर्ण वृद्धि होती है ताकि 3D कंप्यूटेड टोमोग्राफी के अनुकूल उच्च-रिज़ॉल्यूशन, कम-डोज़ एक्स-रे फ्लैट-पैनल इमेजर सक्षम किए जा सकें।
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एक्स-रे इमेजिंग लंबे समय से आधुनिक चिकित्सा और औद्योगिक निरीक्षण का एक आधार स्तंभ रही है, जो हमें वस्तुओं को बिना काटे उनके अंदर देखने की अनुमति देती है। पारंपरिक एक्स-रे डिटेक्टर अक्सर उन सामग्रियों पर निर्भर करते हैं जिन्हें बनाना महंगा होता है, जिन्हें बड़ी चादरों के रूप में ढालना कठिन होता है, या जिन्हें स्पष्ट छवि बनाने के लिए विकिरण (रेडिएशन) की उच्च खुराक की आवश्यकता होती है। हाल के वर्षों में, वैज्ञानिकों ने 'मेटल हैलाइड पेरोव्स्काइट्स' नामक पदार्थों के एक वर्ग की ओर अपना ध्यान केंद्रित किया है। ये पदार्थ उल्लेखनीय हैं क्योंकि ये एक्स-रे को बहुत अच्छी तरह से अवशोषित करते हैं और इन्हें दीवार पर पेंट करने की तरह सरल, तरल-आधारित प्रक्रियाओं का उपयोग करके मोटी फिल्मों के रूप में बनाया जा सकता है। कम लागत वाले, बड़े क्षेत्र के उत्पादन की इस क्षमता ने अगली पीढ़ी के एक्स-रे कैमरों के लिए इनका उपयोग करने में तीव्र रुचि जगाई है। हालाँकि, एक महत्वपूर्ण बाधा बनी हुई है: जब इन मोटी फिल्मों को छवि पढ़ने के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के ऊपर उगाया जाता है, तो दोनों परतों के बीच का संबंध अक्सर कमजोर और सूक्ष्म अंतराल (गैप्स) से भरा होता है। ये दोष एक बांध में दरारों की तरह काम करते हैं, जिससे विद्युत संकेत लीक हो जाते हैं या खो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप धुंधली छवियां, डेड स्पॉट्स (मृत स्थान), और एक ऐसा नाजुक उपकरण प्राप्त होता है जो तापमान परिवर्तन के तनाव को सहन नहीं कर पाता।
नानजिंग यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने इस कमजोर कनेक्शन को ठीक करने के लिए एक नई विधि विकसित की है, जो एक बहुत अधिक मजबूत और विश्वसनीय इंटरफेस बनाती है जो उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाली एक्स-रे इमेजिंग की अनुमति देता है। उनका दृष्टिकोण एक तकनीक पर आधारित है जिसे वे "होमोजेनियस बायडायरेक्शनल लॉकिंग" (समान दिशात्मक दोतरफा लॉक) कहते हैं। केवल एक्स-रे अवशोषित करने वाली सामग्री को इलेक्ट्रॉनिक सर्किट पर डालने के बजाय, वे पहले सर्किट पर सीधे एक पतली, विशेष आधार परत (फाउंडेशन लेयर) बनाते हैं। यह आधार सतह से सीधे ऊपर की ओर बढ़ने वाले छोटे, ऊर्ध् jednocześnie संरेखित क्रिस्टलीय स्तंभों से बना है, जो नीचे के इलेक्ट्रॉनिक पिक्सल के साथ एक तंग, निर्बाध पकड़ बनाता है। एक बार यह मजबूत आधार स्थापित हो जाने के बाद, वे इसके ऊपर एक्स-रे अवशोषित करने वाली मुख्य, मोटी परत जोड़ते हैं। क्योंकि फाउंडेशन लेयर इतनी सुव्यवस्थित है, इसलिए ऊपर की मोटी परत इसके साथ पूर्ण संरेखण में बढ़ती है, और बिना किसी अंतराल या कमजोर बिंदु के एक एकल, ठोस इकाई के रूप में आपस में जुड़ जाती है। यह एक "लॉक" बनाता है जो पूरी संरचना को नीचे से ऊपर तक एक साथ थामे रखता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि एक्स-रे से उत्पन्न विद्युत आवेश बिना अटके या खोए, रीडर तक सुचारू रूप से पहुंच सकें।
इन परिणामों के प्रभाव काफी बड़े हैं। इस बायडायरेक्शनल लॉकिंग पद्धति का उपयोग करके, टीम ने मानक तरीकों की तुलना में फिल्म और सर्किट के बीच के बंधन की मजबूती को 61 प्रतिशत तक बढ़ा दिया। नए उपकरण बहुत अधिक लचीले भी सिद्ध हुए, जो जमने से लेकर उबलने तक के अत्यधिक तापमान परिवर्तन के चक्रों को बिना टूटे झेल सके, जबकि पारंपरिक फिल्में केवल कुछ चक्रों के बाद ही टूट जाती थीं। प्रदर्शन के मामले में, नए डिटेक्टरों ने 96.2 प्रतिशत की दक्षता के साथ विद्युत संकेतों को कैप्चर किया, जिसका अर्थ है कि एक्स-रे से प्राप्त लगभग हर बिट ऊर्जा को सफलतापूर्वक एक पठनीय संकेत में बदल दिया गया। इस उच्च दक्षता ने शोधकर्ताओं को 256 गुणा 256 पिक्सल वाला एक इमेजिंग पैनल बनाने की अनुमति दी जिसने अविश्वसनीय रूप से समान (यूनिफॉर्म) छवियां प्रदान कीं। एक पिक्सेल से दूसरे पिक्सेल के बीच चमक का अंतर पुराने उपकरणों के 28.57 प्रतिशत के उतार-चढ़ाव से घटकर नए उपकरणों में 4.31 प्रतिशत के स्थिर स्तर पर आ गया। इस एकरूपता ने "डेड पिक्सल" को समाप्त कर दिया जो अक्सर एक्स-रे कैमरों को प्रभावित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप 6.1 लाइन पेयर प्रति मिलीमीटर का तीक्ष्ण स्थानिक रिज़ॉल्यूशन (स्पेशियल रेजोल्यूशन) प्राप्त हुआ।
इस तकनीक की व्यावहारिक शक्ति को प्रदर्शित करने के लिए, टीम ने जटिल वस्तुओं की विस्तृत तस्वीरें लेने हेतु अपने नए डिटेक्टर का उपयोग किया। उन्होंने एक वाणिज्यिक कंप्यूटर चिप के सूक्ष्म पिनों की सफलतापूर्वक इमेजिंग की, जिससे उन दोषों का पता चला जो निम्न-गुणवत्ता वाले सेंसरों के लिए अदृश्य होते। उन्होंने बहुत कम रेडिएशन डोज़ पर एक सूखी मछली की एक्स-रे तस्वीरें भी लीं, जिसमें कंकाल और कोमल ऊतकों की रूपरेखा स्पष्ट रूप से दिखाई दी। शायद सबसे प्रभावशाली बात यह है कि उन्होंने एक कैप्सूल के अंदर छिपी स्प्रिंग के तीन-आयामी कंप्यूटेड टोमोग्राफी स्कैन (मेडिकल सीटी स्कैन के समान) को करने के लिए डिटेक्टर का उपयोग किया। सिस्टम ने 180 अलग-अलग कोणों से चित्र कैप्चर किए और स्प्रिंग की आंतरिक संरचना का एक स्पष्ट, त्रि-आयामी दृश्य पुनर्गठित किया। यह कार्य यह दर्शाता है कि मोटी एक्स-रे फिल्मों को इलेक्ट्रॉनिक सर्किट से जोड़ने की मौलिक समस्या को हल करके, अब उच्च-रिज़ॉल्यूशन, कम-डोज़ वाली इमेजिंग प्रणाली बनाना संभव है जो वास्तविक दुनिया के चिकित्सा और औद्योगिक उपयोग के लिए पर्याप्त मजबूत है।
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