ハロゲン化物シンチレータの発光効率向上技術を開発(New Strategy Enhances Light Output in Halide Scintillators)

2026-04-15 中国科学院(CAS)

中国科学院上海セラミック研究所(SICCAS)の研究チームは、ゼロ次元ハライドシンチレータの発光効率を大幅に向上させる新戦略を開発した。研究では、Cs₃YCl₆結晶に一価銅イオン(Cu⁺)を導入して新材料「(Cs₈Cu)Y₃Cl₁₈」を作製し、励起子を局在化させることで非放射失活を抑制した。その結果、シンチレーション発光量は従来材料比で約460%向上し、低残光性と高い熱安定性も実現した。さらに、この材料を用いた柔軟型イメージングスクリーンでは、高温環境下でも高解像度の放射線イメージングに成功した。シンチレータは医療画像診断、セキュリティ検査、産業検査などに不可欠な材料であり、今回の成果は高性能放射線検出材料設計に新たな指針を与えるものとされる。研究成果は学術誌「Research」に掲載された。

ハロゲン化物シンチレータの発光効率向上技術を開発(New Strategy Enhances Light Output in Halide Scintillators)
Strong Confined Exciton Luminescence in Low-Dimensional Metal Halides Achieved Through Structural Modulation (Image by SICCAS)

<関連情報>

励起子閉じ込め操作によるゼロ次元ハロゲン化物における巨大なシンチレーション収量向上 Giant Scintillation Yield Enhancement in Zero-Dimensional Halides by Exciton Confinement Manipulation

Yujie Wang, Xuemin Wen, Hongliang Shi, Eva Mihóková, […] , and Yuntao Wu
Research  Published:14 Apr 2026
DOI:https://doi.org/10.34133/research.1230

Abstract

Low-dimensional halides (LDHs) with self-trapped exciton (STE) emission are promising materials for scintillation applications. Nonetheless, for almost all LDHs, the measured scintillation yield is still far below theoretical value due to severe exciton–exciton/exciton–defect interaction under ionizing radiation, despite high photoluminescence quantum yield (PLQY). Here, we reported a substantial enhancement of scintillation yield in zero-dimensional (0D) Cs3YCl6 by structural modulation. By copper(I) alloying in Cs3YCl6, the delocalized excitons in [YCl6]3− octahedra convert to strongly localized excitons within [Cu2(YCl6)3]7− clusters in (Cs8Cu)Y3Cl18, as confirmed by first-principles calculations. Temperature-dependent photoluminescence spectroscopy and kinetic results reveal a higher energy barrier for STE quenching in (Cs8Cu)Y3Cl18 than in Cs3YCl6. Benefiting from the enhanced exciton confinement effect, (Cs8Cu)Y3Cl18 exhibits a 460% enhancement in the STE-related scintillation yield. This work opens up a new strategy to enhance scintillation yield in LDHs under ionizing radiation excitation.

0501セラミックス及び無機化学製品
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