这种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/微电子器件的散热，纳升体积中的化学反应，纳米粒子的热等离子体，以及带电系统中的热过程。已经存在多种纳米级测温方案，包括基于SQUID的纳米测温法，扫描热显微镜和基于稀土纳米粒子，染料或蛋白质的荧光测温法。但是，这些技术受到各种因素的限制，例如与接触有关的伪影，荧光不稳定，灵敏度低或需要极端工作条件。

金刚石温度计的最新发展提供了一个有前途的替代方案。氮空位(NV)的自旋共振频率随着环境温度的变化在金刚石中移动。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，因此将基于金刚石的温度计用于监测微电子和带电系统中的热过程。但是，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，以被NV中心自旋检测。

在北京《国家科学评论》上发表的新研究中中国香港中文大学和德国斯图加特大学的科学家共同构建了一种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纵，将磁性纳米颗粒放置在靠近金刚石纳米柱的位置。在磁性纳米粒子的居里温度附近，由于临界磁化，小的温度变化导致大的磁场变化。然后，由NV中心测量该热敏磁信号。新开发的混合纳米温度计在1秒的测量中具有高达76微开尔文的精度。

利用这种混合传感器，科学家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。另外，他们通过电流通过导线的额外加热来测量传感器附近的散热。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微卡尔文温度变化。新型传感器可能有助于研究广泛的热过程，例如纳米级化学反应，纳米等离子体激元，纳米/微电子学中的散热以及单电池中的热过程。