Kvanttitason lämpötilamittaukset solujen tasolle

Tsukuban yliopiston tutkijat ovat kehittäneet menetelmän lämpötilan seurantaan käyttämällä timanteissa luonnollisesti esiintyviä atomitason vikoja.

He havaitsivat, että lisääntynyt lämpö johti valon epälineaarisen harmonisten generoitumisen intensiteetin vähenemiseen. Tämä työ voi johtaa erittäin tarkkoihin nanokokoisiin lämpötila-antureihin.

Nanoteknologialla on yhä tärkeämpi rooli uusissa laitteissa, ja kyky mitata lämpötiloja pienessä mittakaavassa on entistä tärkeämpää. Perinteiset lämpömittarit ovat usein liian suuria tai eivät ole käytännöllisiä moniin sovelluksiin, joissa mitta-asteikko on pienempi kuin muutama sata nanometriä. Näin ollen tarvitaan uusia lähestymistapoja pienille, koskettamattomille lämpötila-antureille.

Nyt tutkijaryhmä Tsukuban yliopistosta ja Japan Advanced Institute of Science and Technology -instituutista on hyödyntänyt epälineaarisia optisia ominaisuuksia tietyntyyppisissä timanteissa, jotka on valmistettu hiiliatomeista, jotka on järjestetty timanttikuutiohilaan.

Typpivakanssi (NV) -virheet ovat luonnossa esiintyviä puutteita timanteissa, joissa kaksi vierekkäistä hiiliatomia on korvautunut typpiatomilla ja aukolla. Ne ovat herättäneet paljon huomiota, koska niitä on helppo saada aikaan ja niillä on epätavallisia kvantti- ja epälineaarisia optisia ominaisuuksia. Niiden joukossa on kyky yhdistää kaksi tai jopa kolme fotonia yhteen yhdeksi korkeaenergiseksi fotoniksi prosessissa, jota kutsutaan harmonisen generoitumiseksi.

Infrapunaisten ultralyhyiden pulssilaserin stimulaatiota käyttämällä ryhmä havaitsi, että harmonisten muodostuminen väheni lämpötilan 20 - 300 °C:n välillä. Se johtuu taitekertoimen muutoksen aiheuttamasta faasivirheestä.

"Tämä tutkimus esittelee tehokkaan ja käyttökelpoisen tavan luoda timanttipohjainen epälineaarinen optinen lämpötila-anturi", ensimmäinen kirjoittaja Dr. Aizitiaili Abulikemu sanoo.

Tämä lämpötilasta riippuvainen muutos selittyy timantissa olevien valon eri värien nopeudesta johtuvalla yhteensopimattomuudella. Toisin sanoen atomihilan lämmetessä alkuperäisen valon ja harmonisen syntymisen tuottaman korkeamman energian valon taitekertoimen ero kasvaa, mikä alentaa harmonisten muodostuksen tehokkuutta.

"Timanteista voidaan työstää pieni kärki anturin osana nanometrin mittakaavan lämpötila-anturia", vanhempi kirjailija professori Muneaki Hase sanoo. Tuleviin sovelluksiin saattaa sisältyä jopa lämpömittari, joka on tarpeeksi pieni, jotta se voidaan sijoittaa elävän solun sisälle ja lukea etänä laserilla.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttitason mittauksia

Timanttianturi tunnistaa solutason ilmiöitä