Esquema experimental. Las esferas de sílice se hacen levitar en una pinza óptica de doble haz dentro de una cámara de vacío. Luz de longitud de onda 1, 064 nm se acopla en lentes a partir de fibras ópticas monomodo, creando una trampa óptica. El movimiento de la esfera levitada se monitorea con una cámara y un QPD. Crédito:(c) Naturaleza , DOI:10.1038 / nnano.2014.82
Las mediciones de temperatura en nuestra vida diaria se realizan típicamente poniendo un termómetro en contacto con el objeto que se va a medir. Sin embargo, Medir la temperatura de los objetos a nanoescala es una tarea mucho más complicada debido a su tamaño, hasta mil veces más pequeño que el ancho de un cabello humano.
Investigación pionera, publicado en Nanotecnología de la naturaleza , ahora ha desarrollado un método para medir con precisión la temperatura de la superficie de los objetos a nanoescala cuando tienen una temperatura diferente a la de su entorno. Un equipo dirigido por la Dra. Janet Anders de la Universidad de Exeter y el profesor Peter Barker del University College de Londres han descubierto que las temperaturas de la superficie de los objetos a nanoescala se pueden determinar analizando su tembloroso movimiento en el aire, conocido como movimiento browniano.
"Este movimiento es causado por las colisiones con las moléculas de aire", dijo el Dr. Anders, teórico de la información cuántica y miembro del departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Exeter. "Descubrimos que el impacto de tales colisiones transporta información sobre la temperatura de la superficie del objeto, y hemos utilizado nuestra observación de su movimiento browniano para identificar esta información e inferir la temperatura ".
Los científicos llevaron a cabo su investigación atrapando una nanoesfera de vidrio en un rayo láser y suspendiéndola en el aire. Luego, la esfera se calentó y fue posible observar el aumento de la temperatura en la nanoescala hasta que el vidrio se calentó tanto que se derritió. Esta técnica incluso podría discernir diferentes temperaturas en la superficie de la pequeña esfera.
"Al trabajar con objetos a nanoescala, las colisiones con moléculas de aire marcan una gran diferencia ", dice el Dr. James Millen del equipo de University College London. "Al medir cómo se transfiere la energía entre las nanopartículas y el aire que las rodea, aprendemos mucho sobre ambos".
Muchos dispositivos nanotecnológicos necesitan un conocimiento preciso de la temperatura porque su funcionamiento depende en gran medida de la temperatura. El descubrimiento también informa la investigación actual que está trabajando para llevar grandes objetos a un estado de superposición cuántica. Además, incide en el estudio de los aerosoles en la atmósfera y abre la puerta al estudio de los procesos que están fuera de equilibrio en un entorno controlado.
El movimiento browniano lleva el nombre del botánico escocés Robert Brown, quien, en 1827, señaló que el polen se mueve a través del agua incluso cuando el agua está perfectamente quieta. Albert Einstein publicó un artículo en 1905 que explicaba con precisión cómo este movimiento era el resultado de que el polen era empujado por moléculas de agua individuales. conduciendo finalmente a la aceptación de la naturaleza atomista de toda la materia en la ciencia.
