Ultrafast Superradiant Scintillation from Isolated Weakly Confined Perovskite Nanocrystals

M Matteo L. Zaffalon (Dipartimento di Scienza dei Materiali Università degli Studi di Milano‐Bicocca Via R. Cozzi 55 Milano I‐20125 Italy) A Andrea Fratelli (Nanochemistry, Istituto Italiano di Tecnologia, Via Morego 30, Genova 16163, Italy) Z Zhanzhao Li F Francesco Bruni (Dipartimento di Scienza dei Materiali Università degli Studi di Milano‐Bicocca Via R. Cozzi 55 Milano I‐20125 Italy) I Ihor Cherniukh (Institute of Science and Technology Austria (ISTA) , ,) F Francesco Carulli (Dipartimento di Scienza dei Materiali Università degli Studi di Milano‐Bicocca Via R. Cozzi 55 Milano I‐20125 Italy) F Francesco Meinardi (Dipartimento di Scienza dei Materiali Università degli Studi di Milano‐Bicocca Via R. Cozzi 55 Milano I‐20125 Italy) M Maksym V. Kovalenko L Liberato Manna (Nanochemistry Line, Istituto Italiano di Tecnologia, Via Morego 30, 16163 Genova, Italy) S Sergio Brovelli (Dipartimento di Scienza Dei Materiali, Università Degli Studi di Milano Bicocca, Via R. Cozzi 55, Milano 20125, Italy)

Abstract

AbstractEfficiency and emission rate are two traditionally conflicting parameters in radiation detection, and achieving their simultaneous maximization can significantly advance ultrafast time‐of‐flight (ToF) technologies. In this study, it is demonstrated that this goal is attainable by harnessing the giant oscillator strength (GOS) inherent to weakly confined perovskite nanocrystals, which enables superradiant scintillation under mildly cryogenic conditions that align seamlessly with ToF technologies. It is shown that the radiative acceleration due to GOS encompasses both single and multiple exciton dynamics arising from ionizing interactions, further enhanced by suppressed non‐radiative losses and Auger recombination at 80 K. The outcome is ultrafast scintillation with 420 ps lifetime and light yield of ≈10 000 photons/MeV for diluted NC solutions, all without non‐radiative losses. Temperature‐dependent light‐guiding experiments on test‐bed nanocomposite scintillators finally indicate that the light‐transport capability remains unaffected by the accumulation of band‐edge oscillator strength due to GOS. These findings suggest a promising pathway toward developing ultrafast nanotechnological scintillators with optimized light output and timing performance.

Article Details

Volume / Issue Vol. 37, Issue 18
Published May 01, 2025
ISSN 0935-9648
Publisher Unknown Publisher

Journal Info

Advanced Materials

Unknown Publisher

ISSN: 0935-9648 Physical Sciences

Authors (10)

M

Matteo L. Zaffalon

Dipartimento di Scienza dei Materiali Università degli Studi di Milano‐Bicocca Via R. Cozzi 55 Milano I‐20125 Italy

A

Andrea Fratelli

Nanochemistry, Istituto Italiano di Tecnologia, Via Morego 30, Genova 16163, Italy

Z

Zhanzhao Li

F

Francesco Bruni

Dipartimento di Scienza dei Materiali Università degli Studi di Milano‐Bicocca Via R. Cozzi 55 Milano I‐20125 Italy

I

Ihor Cherniukh

Institute of Science and Technology Austria (ISTA) , ,

F

Francesco Carulli

Dipartimento di Scienza dei Materiali Università degli Studi di Milano‐Bicocca Via R. Cozzi 55 Milano I‐20125 Italy

F

Francesco Meinardi

Dipartimento di Scienza dei Materiali Università degli Studi di Milano‐Bicocca Via R. Cozzi 55 Milano I‐20125 Italy

M

Maksym V. Kovalenko

L

Liberato Manna

Nanochemistry Line, Istituto Italiano di Tecnologia, Via Morego 30, 16163 Genova, Italy

S

Sergio Brovelli

Dipartimento di Scienza Dei Materiali, Università Degli Studi di Milano Bicocca, Via R. Cozzi 55, Milano 20125, Italy