环境条件下的超灵敏纳米温度计
具有高灵敏度的纳米级温度测量对于研究许多现象非常重要，例如纳米/微电子学的散热、纳升体积的化学反应、纳米粒子的热等离子体以及实时系统中的热过程。已有多种纳米级测温方案，包括基于 SQUID 的纳米测温法、扫描热显微术和基于稀土纳米粒子、染料或蛋白质的荧光测温法。然而，这些技术受到各种因素的限制，例如与接触相关的伪影、荧光不稳定性、低灵敏度或极端工作条件的要求。
最近开发的基于金刚石的温度计提供了一种有前途的替代方案。金刚石中氮空位(NV)中心的自旋共振频率随环境温度变化而变化。由于NV中心的光稳定性以及金刚石材料的生物相容性和高导热性，基于金刚石的温度计被应用于监测微电子和实时系统中的热过程。然而，基于金刚石的温度计的灵敏度受到 NV 自旋共振频率相对较小的温度依赖性的限制。因此，出现了混合金刚石温度计的想法，其中环境中的温度变化被转换为磁信号，由 NV 中心自旋检测。
在北京的《国家科学评论》上发表的新研究中，中国香港的香港中文大学和德国斯图加特斯图加特大学的科学家构建了一个超灵敏的混合纳米温度计。混合纳米温度计由金刚石纳米柱中的单个 NV 中心和单个铜镍合金纳米颗粒组成。通过基于原子力显微镜的纳米操作，将磁性纳米颗粒靠近金刚石纳米柱放置。在磁性纳米粒子的居里温度附近，由于临界磁化强度，小的温度变化会导致大的磁场变化。该热敏磁信号随后由 NV 中心测量。新开发的混合纳米温度计在测量的一秒内具有高达 76 微开尔文的精度的温度灵敏度。
使用这种混合传感器，科学家们监测了由于激光加热过程和环境温度波动引起的温度变化。此外，他们通过电流通过导线的额外加热来测量传感器附近的热耗散。超灵敏混合纳米温度计特别适用于以高时间分辨率测量毫开尔文温度变化。新传感器可以促进广泛的热过程研究，例如纳米级化学反应、纳米等离子体、纳米/微电子学中的散热以及单细胞中的热过程。
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