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文摘:
能够测量,监视器,微小尺度的温度和温度变化——在细胞内或在微和纳米电子元件中——有可能影响许多研究领域,从疾病检测到现代计算和通信技术的重大挑战,如何测量电子元件的可扩展性和性能。

纳米级金刚石火花温度计:一种新颖的,利用量子光在纳米尺度上测量温度的无创技术已经发展起来。

悉尼,澳大利亚5月3日发布,二千零一十九

一个协作团队,由悉尼理工大学(UTS)的科学家领导,研制了一种高灵敏度的纳米温度计,它利用金刚石纳米颗粒中的类原子包裹体精确测量纳米尺度的温度。传感器在量子层面上利用这些类原子金刚石包裹体的特性,经典物理学的极限不再适用。

钻石纳米颗粒是非常小的颗粒——比人类头发的宽度小10000倍——当用激光照射时会发出荧光。

高级研究员,卡洛·布拉达克博士,UTS数学和物理科学学院,他说,新技术不仅仅是“概念实现的证明”。

“该方法可立即部署。我们目前正在使用它来测量生物样品和大功率电子电路中的温度变化,这些电路的性能很大程度上依赖于用敏感度来监测和控制温度,而且其规模很难用其他方法来实现,”Bradac博士说。

这项研究发表在《科学进展》杂志上,是UTS研究人员和俄罗斯科学院(RU)国际合作者之间的合作,南洋理工大学(SG)和哈佛大学(US)。

主要作者,UTS物理学家Trong Toan Tran博士,解释说,虽然纯钻石是透明的,但“通常含有杂质等缺陷。”

“除了赋予钻石不同的颜色,黄色的,粉红色的,蓝色,等。当用激光束探测时,缺陷会发出特定波长(颜色)的光,”Tran博士说。vwin徳赢官网

研究人员发现,有一种特殊的机制——被称为反斯托克斯机制——钻石色杂质发出的光的强度很大程度上取决于周围环境的温度。因为这些钻石纳米颗粒可以小到只有几纳米,所以可以用作微型纳米温度计。

布拉达克博士说:“我们立刻意识到,我们可以利用这种特殊的荧光温度依赖性,并将金刚石纳米颗粒用作超小型温度探针。”

他补充说:“钻石是无毒的,因此特别有吸引力,它适合在精密的生物环境中测量,也非常有弹性,因此非常适合在几百度以下的恶劣环境中测量温度。”

研究人员说,这项技术的一个重要优势是它是全光学的。测量只需要将一滴纳米颗粒放在与样品接触的水溶液中,然后非侵入性地测量它们的荧光,就像激光束照射在它们上面一样。

尽管使用纳米颗粒的类似全光方法已经成功地测量了纳米尺度的温度,研究团队认为,没有人能够同时实现UTS开发的技术的灵敏度和空间分辨率。“我们相信,我们的传感器可以测量温度,其灵敏度与目前最好的全光学微型和纳米温度计相当或更高,同时具有迄今为止最高的空间分辨率,”Tran博士说。

UTS的研究人员强调,纳米尺度的温度测量是最明显的——但远不是唯一的——在量子系统中利用反斯托克斯机制的应用。这个机制可以作为探索孤立量子系统中基本的光-物质相互作用的基础,这种相互作用的能量通常是未被探索的。它为大量实用的纳米传感技术开辟了新的可能性,有些像光学制冷一样奇特,光被用来冷却物体。

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关于悉尼理工大学
悉尼理工大学(UTS)位于悉尼市中心,是澳大利亚领先的理工大学之一。它以融合创新而闻名,在教学和研究中的创造力和技术,以及作为一所以工业为中心的大学。UTS的总招生人数超过40000人,在QS和Times高等教育排名中均被评为澳大利亚第一“青年”大学。更多信息请访问uts.edu.au。

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