Científicos de la Facultad de Ciencias Puras y Aplicadas de la Universidad de Tsukuba han desarrollado un método para monitorear la temperatura utilizando los defectos similares a los átomos que ocurren naturalmente en los diamantes. Descubrieron que el aumento de calor conducía a una intensidad reducida de la generación de luz armónica no lineal. Este trabajo puede conducir a termómetros de tamaño nanométrico de alta precisión.

La nanotecnología está jugando un papel cada vez más importante en los nuevos dispositivos, y la capacidad de medir temperaturas a pequeña escala se vuelve cada vez más vital. Los termómetros convencionales a menudo son demasiado grandes o no son prácticos para muchas aplicaciones que implican escalas de longitud inferiores a unos pocos cientos de nanómetros. Por lo tanto, se necesitan nuevos enfoques para sensores de temperatura diminutos sin contacto.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Tsukuba y el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón han aprovechado las propiedades ópticas no lineales de un tipo particular de defecto en los diamantes que están hechos de átomos de carbono dispuestos en una red cúbica de diamante. Los defectos de vacancia de nitrógeno (NV) son defectos que ocurren naturalmente en los diamantes en los que dos átomos de carbono adyacentes han sido reemplazados por un átomo de nitrógeno y un agujero. Han llamado mucho la atención porque son fáciles de obtener y tienen propiedades ópticas cuánticas y no lineales inusuales. Entre ellos está la capacidad de combinar dos o incluso tres fotones en un solo fotón de alta energía en un proceso llamado generación de armónicos.

Usando estimulación láser de pulso ultracorto infrarrojo, el equipo descubrió que la generación de armónicos disminuía con la temperatura en el rango de 20 a 300 °C. "Este estudio presenta una forma eficiente y viable de crear una detección de temperatura óptica no lineal basada en diamantes", dice el primer autor, el Dr. Aizitiaili Abulikemu. Este cambio dependiente de la temperatura se explica por el desajuste debido a la velocidad de los diferentes colores de luz en el diamante. Es decir, a medida que la red atómica se calienta, la diferencia en el índice de refracción entre la luz original y la luz de mayor energía creada por la generación de armónicos crece, lo que disminuye la eficiencia de la generación de armónicos.

"Los diamantes se pueden procesar en una pequeña punta para una sonda como parte de un sensor de temperatura a escala nanométrica", dice el autor principal, el profesor Muneaki Hase. Las aplicaciones futuras podrían incluso incluir un termómetro lo suficientemente pequeño como para encontrarlo dentro de una célula viva, que podría detectarse de forma remota con un láser.

El trabajo se publica en Optics Letters como "Generación de segundo armónico dependiente de la temperatura a partir de centros de color en diamante". + Explora más

Centros de color de diamante para fotónica no lineal