2D半導体による直接的な熱中性子検出
Daniel G Chica1, Yihui He1, Kyle M McCall1,2
1Department of Chemistry, Northwestern University, Evanston, IL, USA.
Nature
|January 17, 2020
まとめ
研究者らは,直接的な熱中性子検出のための新しい半導体材料,LiInP2Se6を開発しました. この材料は高効率で ヘリウム3カウンターのような 現在の技術に取って代わることができます
科学分野:
- 材料科学
- 原子力機器
- 固体物理学
背景:
- 高効率のニュートロン検出器は 国家安全保障,医学,結晶学,天文学に不可欠です
- ヘリウム3 (3He) ガスで満たされたカウンターやシンチレータなどの現在の技術は限界があります.
- 半導体材料は,そのコンパクトなサイズと高い本質的な効率により,次世代のニュートロン検出器に潜在的な利点を提供します.
研究 の 目的:
- 直接的な熱中性子検出のための新しい半導体材料を特定し,評価する.
- 直接変換半導体検出器材料としてのリチウムインジウム酸化セレニド (LiInP2Se6) の可能性を実証する.
- 室温でのLiInP2Se6検出器の性能を評価する.
主な方法:
- 半導体化合物 LiInP2Se6 の中性子捕捉横断面,帯域間隙,および電子帯域構造について調査した.
- LiInP2Se6検出器における中性子捕獲反応をシミュレートするために,241Am源からアルファ (α) 粒子を利用した.
- 6Liで濃縮されたLiInP2Se6検出器を用いて,適度なプルトニウムベリリウム (Pu-Be) ニュートロン検出実験を行った.
主要な成果:
- LiInP2Se6は,効率的な電荷輸送のために適切な帯域ギャップ (2.06 eV) と電子帯域構造を示しています.
- 二次元 (2D) LiInP2Se6検出器は,α粒子でテストしたときに13.9%のエネルギー解像度を達成しました.
- 6Liで濃縮されたLiInP2Se6検出器を使用して直接の熱中性子検出が成功し,完全なピーク解像度を達成しました.
結論:
- LiInP2Se6は,室温での直接的な熱中性子検出のための有望な候補材料です.
- 開発された半導体検出器は,3Heカウンターを含む既存の技術を上回る可能性を示しています.
- この研究は 半導体ベースの高度なニュートロン検出システムへの道を開きます
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