電子デバイス：二次元半導体⁶LiInP₂Se₆による熱中性子の直接検出

高効率の中性子検出器は、国家安全保障、医学、結晶学、天文学を含む多くの分野で重要である。現在使用されている主要な中性子検出技術には、³Heガスを充填した比例計数管や、熱化した中性子用の光シンチレーターなどがある。半導体には、既存の検出器に匹敵する、あるいはより優れた検出器を実現し得る長所があることから、半導体検出器は次世代の中性子検出器になる可能性がある。特に、優れた中性子捕獲核種（⁶Li、¹⁰Bなど）を高濃度に含む固体を用いて、固有効率の高いより小型の検出器を開発できる可能性がある。しかし、直接変換型の半導体検出器の作製に有望な材料は、これまで報告されていない。今回我々は、半導体LiInP₂Se₆について報告し、室温で熱中性子を直接検出する候補材料としての可能性を実証する。この化合物は、熱中性子捕獲断面積が大きく、バンドギャップが適切（2.06 eV）であるとともに、その電子バンド構造は効率の良い電子電荷輸送に有利である。我々は、中性子捕獲反応の代用として²⁴¹Am源からのα粒子を使って、小型の二次元LiInP₂Se₆検出器が全エネルギーピークを13.9％のエネルギー分解能で分解できることを見いだした。減速したPu–Be源からの中性子の直接検出は、全ピーク分解能の⁶Li濃縮（95％）LiInP₂Se₆検出器を使って実現された。我々は、今回の結果から、この分野への関心が高まり、半導体ベースの中性子検出器によって³He計数管の代替が可能になると予想する。

目次へ戻る