Responsabile Locale: Laura Basiricò Responsabile Nazionale: Laura Basiricò Unità di Ricerca: BO, FI, LNS Durata: 2022-2023 + estensione al 2024
Gruppo locale: Laura Basiricò, Beatrice Fraboni, Andrea Ciavatti
Obiettivi Generali:
L’obiettivo principale del’esperimento ANEMONE è lo sviluppo del primo rivelatore basato su film sottili di perovskite per la rivelazione diretta di protoni e ioni carbonio. Tale rivelatore potrebbe operare come monitor di fascio in tempo reale sia in ambito adroterapico, che durante test beam per esperimenti di alta energia. La possibilità di produrre i film con tecniche di stampa su substrati flessibili, a costi decisamente contenuti, rende questo approccio particolarmente interessante.
Stato dei lavori:
Fig. 1 Uno dei rivelatori a base di perovskite ibrida realizzati nell’ambito dell’esperimento ANEMONE
I primi sei mesi di attività dell’esperimento ANEMONE sono stati prevalentemente dedicati alla messa a punto dei setup per la fabbricazione dei rivelatori, all’ottimizzazione della deposizione dello strato attivo e alle caratterizzazioni morfologiche, strutturali ed elettriche dello stesso.
La perovskite ibrida che è attualmente oggetto di studio della sezione di Bologna appartiene alla sotto-classe delle perovskiti miste 3D/2D recentemente emersa come molto promettente per la rivelazione della radiazione ionizzante. Le perovskiti miste 3D/2D coniugano infatti le eccellenti proprietà di trasporto delle perovskiti 3D, che garantiscono l’efficacia della raccolta di carica generata dall’interazione con la radiazione, con la maggiore stabilità e anisotropia del trasporto dimostrata per le perovskiti 2D, che si traduce in una bassa corrente di buio intrinseca nelle performance da strato attivo dei rivelatori.
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Per la realizzazione dello strato attivo di perovskite mista è stata messa a punto una ricetta basata sull’ utilizzo di una soluzione composta da due soluzioni di precursori miscelate insieme. La miscela viene depositata tramite spin coating su substrati plastici flessibili (di spessore intorno a 100 μm) in cui sono stati precedentemente realizzati contatti metallici in geometria interdigitata per ottimizzare l’efficienza di raccolta di carica del rivelatore. L’intero processo è stato messo a punto in aria, ma è stata conclusa nel mese di marzo la pratica di acquisto della glovebox interamente finanziata dall’esperimento ANEMONE, che verrà installata a Bologna nel mese di luglio e collaudata a inizio settembre. Tutto il processo è stato quindi concepito in modo tale da essere facilmente trasferito in glovebox.
Le caratteristiche strutturali dei film realizzati sono state investigate tramite Grazing Incidence X-ray Diffraction (GI-XRD) presso il Sinctrotrone ELETTRA di Trieste, che hanno rivelato la copresenza delle due fasi di perovskite 2D e 3D nel film. Inoltre, la morfologia e lo spessore dei film sono stati caratterizzati attraverso misure di microscopia a forza atomica nel laboratori del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Bologna. Sono inoltre state testate le proprietà elettriche ed optoelettroniche dei dispositivi realizzati. I primi test sotto fascio protonico sono stati eseguiti presso il LABEC di Firenze, in cui è stata registrata una risposta rilevante al fascio incidente, con intensità lineare rispetto al flusso protonico.
Sinistra: Risposta dei rivelatori sviluppati in ANEMONE al fascio protonico a 5MeV al LABEC di Firenze. Destra: Foto della linea usata al LABEC e dettaglio del DUT.
I risultati di queste prime caratterizzazioni hanno dato luogo ad un paper attualmente under review.
Nel mese di novembre 2022 i rivelatori saranno testati al TIFPA di Trento.
Gli obbiettivi e i risultati preliminari di ANEMONE sono stati presentati in primavera 2022 in due talk alla più importante conferenza europea sulla fisica dei materiali: European Materials Research Society – EMRS Spring 2022. Il dettaglio dei talk di seguito:
European Materials Research Society – EMRS Spring 2022. Invited talk: A.Ciavatti: Organic and hybrid films for large-area and flexible direct detection of ionizing radiation
European Materials Research Society – EMRS Spring 2022. Oral talk: M. Bruzzi et al.: CsPbI3 inorganic perovskite thin film detectors under high energy proton beam
Le pubblicazioni frutto del progetto sono elencate qui di seguito:
Advanced Science Vol 10, Issue 1, 4 Gennaio 2023, Mixed 3D–2D Perovskite Flexible Films for the Direct Detection of 5 MeV Protons, https://doi.org/10.1002/advs.202204815
