近日，物理科学与工程学院“同济晶体”团队在高熵氟化物无机闪烁体材料研究方面取得重要进展，相关研究成果以“Ultrafast Scintillation Enabled by Exciton Localization in High-Entropy Fluoride Crystals”为题发表于《中国科学：材料科学（英文版）》（SCIENCE CHINA Materials）。该研究提出了一种基于高熵晶格畸变调控激子动力学的超快闪烁体设计策略，成功实现了~1ns超快闪烁衰减，为面向高帧率X射线成像、飞行时间正电子发射断层成像（TOF-PET）以及高能物理探测的新型超快闪烁材料开发提供了新思路。

图1、高熵氟化物闪烁体单晶Ce:LGCSB的生长及结构特性

闪烁体能够将高能粒子及射线等辐射信号转化为可探测的光信号，是医学影像、安全检查、高能物理和核辐射探测等领域的关键功能材料。随着高时间分辨探测技术的发展，闪烁体不仅需要具有高光产额和良好的稳定性，还须具备超快时间响应能力，以降低高计数率条件下的信号堆积，并提升时间分辨能力。Ce离子由于具有允许的5d-4f跃迁，常被用作快闪烁发光中心，但在传统Ce离子掺杂无机闪烁晶体中，受晶体场、声子耦合、能量迁移和自陷激子过程等因素限制，难以实现低纳秒级超快衰减。针对上述问题，团队将高熵材料设计理念引入氟化物闪烁晶体体系，成功生长出大尺寸Ce离子掺杂LaGdCaSrBaF12(Ce:LGCSB)高熵氟化物单晶。该材料由多种阳离子共同占据晶格位点，形成显著的局域晶格畸变和电场扰动。第一性原理计算表明，氟化物晶体随着阳离子种类增加，体系晶格畸变程度明显增强，其中F-阴离子表现出最显著的位移响应。高熵环境导致的局域势场起伏能够促进激子局域化，并抑制激子的长程扩散，从而为超快闪烁发光提供有利条件。

图2、高熵氟化物闪烁体单晶Ce:LGCSB的闪烁性能

Ce:LGCSB高熵氟化物晶体具有优异的超快时间响应能力，在脉冲X射线激发下展现出低纳秒级闪烁衰减，处于目前Ce激活体块闪烁晶体中极快水平。不同Ce浓度样品分别达到1.23 ns、1.97 ns和2.56 ns，其占比高达90%以上，且未观察到明显的长寿命慢成分。该工作系统展示了高熵氟化物单晶在超快闪烁领域的应用潜力，并将高熵材料中的迟滞扩散效应拓展到激子动力学调控层面。后续研究将致力于协同提升高熵氟化物闪烁晶体的响应时间与光产额，为新一代超快辐射探测技术的发展提供核心材料。

同济大学博士研究生郭俊尧为论文第一作者，同济大学唐慧丽教授、张晨波研究员、王无敌博士后为论文共同通讯作者。对论文具有突出贡献的合作者还包括同济大学刘波教授、徐军教授，西北核技术研究院欧阳晓平院士、陈亮研究员等。该研究工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：https://www.sciengine.com/SCMs/doi/10.1007/s40843-026-4322-4