In una nuova pubblicazione di Progressi optoelettronici , ricercatori guidati dal professor Han Zhang dell'Università di Shenzhen, Shenzhen, Cina, considerare se i punti quantici di boro superano il grafene nelle proprietà termiche.

La scoperta del grafene nel 2004 ha aperto le porte alle possibilità dei materiali bidimensionali. Diversi materiali bidimensionali sono stati segnalati da allora, (fosforo nero, solfuri di metalli di transizione, isolanti topologici, MXene, ecc.) ma il grafene è ancora ampiamente studiato per le sue eccellenti proprietà optoelettroniche. La conduttività termica del grafene puro a strato singolo con pochi difetti raggiunge i 5300 W/mK, che è il materiale termico più potenziale conosciuto. Poiché le proprietà dei materiali sono strettamente legate alla loro struttura atomica ci si potrebbe chiedere se esistono nuovi materiali con proprietà termiche superiori a quelle del grafene? Alcuni ricercatori hanno utilizzato la funzione di Greens di non equilibrio e il metodo dei primi principi per dimostrare che la conduttività termica del borofene può superare quella del grafene, implicando che il boro ha un alto potenziale per le applicazioni termiche. A causa della difficoltà di fabbricare il borofene, non ci sono stati rapporti sperimentali rilevanti sulle proprietà termiche fino ad oggi. In questo articolo attuale, Il gruppo di ricerca del professor Han Zhang descrive la preparazione dei punti quantici di boro, e indirettamente ha dimostrato le proprietà termiche dei materiali di boro combinando interruttori termo-ottici. I risultati sono stati applicati con successo ai campi dei modulatori completamente ottici e dell'ingegneria laser. Gli esperimenti degli autori dimostrano che i materiali di boro sono promettenti per la conversione fototermica e le applicazioni di conduzione termica superano quelle del grafene. Ulteriori indagini sulle proprietà termiche del borofene sono previste dal gruppo di ricerca.

Il gruppo di ricerca del professor Han Zhang propone la preparazione di materiale a punti quantici di boro mediante il metodo di esfoliazione in fase liquida. La microscopia elettronica ad alta risoluzione e la microscopia a forza atomica sono state utilizzate per dimostrare la riuscita della preparazione dei punti quantici di boro. La termografia è stata utilizzata per registrare e analizzare le caratteristiche di conversione fototermica e la stabilità dei punti quantici di boro. I risultati sperimentali mostrano che i punti quantici di boro hanno un'eccellente stabilità termica (Figura 1a). Il tempo di risposta del modulatore completamente ottico basato sull'effetto termo-ottico è strettamente correlato alla generazione di calore e alla diffusione termica. Gli autori hanno utilizzato questo metodo per confrontare indirettamente le caratteristiche fototermiche del materiale di boro con quelle del grafene e hanno realizzato con successo la fase completamente ottica e il modulatore di intensità. I tempi di salita e discesa del modulatore completamente ottico basato sul grafene sono 9,1 ms e 3,2 ms, rispettivamente. Nell'esperimento descritto da questo articolo, i tempi di salita e discesa del modulatore completamente ottico basato su punti quantici di boro sono rispettivamente di 1,1 ms e 1,3 ms (Figura 1b). Ciò dimostra che le proprietà termiche dei punti quantici di boro sono migliori di quelle del grafene, con più ricerche necessarie per indagare ulteriormente. Applicando il modulatore completamente ottico costruito al risonatore laser, viene realizzata l'operazione laser Q-switched controllata otticamente. Rispetto all'applicazione del modulatore acusto-ottico e del modulatore elettro-ottico nel campo laser, questo lavoro mostra un'eccellente monocromaticità (0,04 nm) e frequenza controllabile, che ha potenziali applicazioni nella conversione di frequenza non lineare e nei campi della comunicazione completamente ottica.