具有高靈敏度的納米級溫度測量對于研究許多現(xiàn)象非常重要，例如納米/微電子學(xué)的散熱、納升體積的化學(xué)反應(yīng)、納米粒子的熱等離子體以及實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的熱過程。已有多種納米級測溫方案，包括基于 SQUID 的納米測溫法、掃描熱顯微術(shù)和基于稀土納米粒子、染料或蛋白質(zhì)的熒光測溫法。然而，這些技術(shù)受到各種因素的限制，例如與接觸相關(guān)的偽影、熒光不穩(wěn)定性、低靈敏度或極端工作條件的要求。

最近開發(fā)的基于金剛石的溫度計(jì)提供了一種有前途的替代方案。金剛石中氮空位(NV)中心的自旋共振頻率隨環(huán)境溫度變化而變化。由于NV中心的光穩(wěn)定性以及金剛石材料的生物相容性和高導(dǎo)熱性，基于金剛石的溫度計(jì)被應(yīng)用于監(jiān)測微電子和實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的熱過程。然而，基于金剛石的溫度計(jì)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(xiàn)了混合金剛石溫度計(jì)的想法，其中環(huán)境中的溫度變化被轉(zhuǎn)換為磁信號，由 NV 中心自旋檢測。

在北京的《國家科學(xué)評論》上發(fā)表的新研究中，中國香港的香港中文大學(xué)和德國斯圖加特斯圖加特大學(xué)的科學(xué)家構(gòu)建了一個(gè)超靈敏的混合納米溫度計(jì)。混合納米溫度計(jì)由金剛石納米柱中的單個(gè) NV 中心和單個(gè)銅鎳合金納米顆粒組成。通過基于原子力顯微鏡的納米操作，將磁性納米顆?？拷饎偸{米柱放置。在磁性納米粒子的居里溫度附近，由于臨界磁化強(qiáng)度，小的溫度變化會(huì)導(dǎo)致大的磁場變化。該熱敏磁信號隨后由 NV 中心測量。新開發(fā)的混合納米溫度計(jì)在測量的一秒內(nèi)具有高達(dá) 76 微開爾文的精度的溫度靈敏度。

使用這種混合傳感器，科學(xué)家們監(jiān)測了由于激光加熱過程和環(huán)境溫度波動(dòng)引起的溫度變化。此外，他們通過電流通過導(dǎo)線的額外加熱來測量傳感器附近的熱耗散。超靈敏混合納米溫度計(jì)特別適用于以高時(shí)間分辨率測量毫開爾文溫度變化。新傳感器可以促進(jìn)廣泛的熱過程研究，例如納米級化學(xué)反應(yīng)、納米等離子體、納米/微電子學(xué)中的散熱以及單細(xì)胞中的熱過程。

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