這種環境條件下的超靈敏納米溫度計

具有高靈敏度的納米級溫度測量對于研究許多現象非常重要，例如納米/微電子器件的散熱，納升體積中的化學反應，納米粒子的熱等離子體，以及帶電系統中的熱過程。已經存在多種納米級測溫方案，包括基于SQUID的納米測溫法，掃描熱顯微鏡和基于稀土納米粒子，染料或蛋白質的熒光測溫法。但是，這些技術受到各種因素的限制，例如與接觸有關的偽影，熒光不穩定，靈敏度低或需要極端工作條件。

金剛石溫度計的最新發展提供了一個有前途的替代方案。氮空位(NV)的自旋共振頻率隨著環境溫度的變化在金剛石中移動。由于NV中心的光穩定性以及金剛石材料的生物相容性和高導熱性，因此將基于金剛石的溫度計用于監測微電子和帶電系統中的熱過程。但是，基于金剛石的溫度計的靈敏度受到NV自旋共振頻率相對較小的溫度依賴性的限制。因此，出現了混合金剛石溫度計的想法，其中環境中的溫度變化被轉換為磁信號，以被NV中心自旋檢測。

在北京《國家科學評論》上發表的新研究中中國香港中文大學和德國斯圖加特大學的科學家共同構建了一種超靈敏的混合納米溫度計。混合納米溫度計由金剛石納米柱中的單個NV中心和單個銅-鎳合金納米顆粒組成。通過基于原子力顯微鏡的納米操縱，將磁性納米顆粒放置在靠近金剛石納米柱的位置。在磁性納米粒子的居里溫度附近，由于臨界磁化，小的溫度變化導致大的磁場變化。然后，由NV中心測量該熱敏磁信號。新開發的混合納米溫度計在1秒的測量中具有高達76微開爾文的精度。

利用這種混合傳感器，科學家監測了由于激光加熱過程和環境溫度波動引起的溫度變化。另外，他們通過電流通過導線的額外加熱來測量傳感器附近的散熱。超靈敏混合納米溫度計特別適用于以高時間分辨率測量毫微卡爾文溫度變化。新型傳感器可能有助于研究廣泛的熱過程，例如納米級化學反應，納米等離子體激元，納米/微電子學中的散熱以及單電池中的熱過程。