中国科学出版社 左上角是由单个磁性铜镍合金纳米粒子和金刚石纳米柱中的单个氮空位中心组成的混合纳米温度计的设计
右上角显示了原子力显微镜的纳米操作过程
下限值给出了在环境条件下工作的不同纳米温度计的灵敏度
信用:@科学中国出版社 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、纳升体积内的化学反应、纳米粒子的热等离子体学以及活体系统中的热过程
有各种各样的纳米测温方案，包括基于超导量子干涉仪的纳米测温、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
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
金刚石温度计的最新发展提供了一个很有前途的选择
金刚石中氮空位中心的自旋共振频率随着环境温度的变化而移动
由于纳米中心的光稳定性和金刚石材料的生物相容性和高热导率，金刚石温度计被用于监测微电子和活体系统中的热过程
然而，金刚石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，出现了混合钻石温度计的想法，其中环境中的温度变化被转换成磁信号，由NV中心自旋检测
在发表于北京《国家科学评论》的一项新研究中，中国香港的香港中文大学和德国斯图加特的斯图加特大学的科学家构建了一种超灵敏的混合纳米温度计
该混合纳米温度计由一个金刚石纳米柱中的单个NV中心和一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粒子放置在金刚石纳米柱附近
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
这个热敏磁信号随后由NV中心测量
新开发的混合纳米温度计在一秒钟的测量时间内具有高达76微开尔文的温度灵敏度
这是目前在环境条件下工作的最灵敏的纳米温度计
利用这种混合传感器，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，他们测量了传感器附近的热耗散，这是通过电流通过导线时的额外加热实现的
超灵敏混合纳米温度计在以高时间分辨率测量毫开尔文温度变化时特别有用
这种新型传感器可能有助于广泛的热过程研究，如纳米化学反应、纳米等离子体、纳米/微电子学中的散热以及单细胞热过程
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