La medición de temperatura a nanoescala con alta sensibilidad es importante para investigar muchos fenómenos, como la disipación de calor de nano / microelectrónica, reacciones químicas en volumen de nanolitros, termoplásmicos de nanopartículas, y procesos térmicos en sistemas vivos. Ha habido varios esquemas de termometría a nanoescala, incluida la nanotermometría basada en SQUID, microscopía térmica de barrido, y termometría de fluorescencia basada en nanopartículas de tierras raras, tintes o proteínas. Sin embargo, estas técnicas están limitadas por varios factores, como artefactos relacionados con el contacto, inestabilidad de fluorescencia, baja sensibilidad, o el requisito de condiciones de trabajo extremas.

El reciente desarrollo de termómetros a base de diamantes ofrece una alternativa prometedora. Las frecuencias de resonancia de espín de las vacantes de nitrógeno (NV) se centran en el cambio de diamante con el cambio de temperatura ambiental. Debido a la fotoestabilidad de los centros NV y la biocompatibilidad y alta conductividad térmica del material de diamante, Se aplicaron termómetros de diamante para monitorear los procesos térmicos en microelectrónica y sistemas en vivo. Sin embargo, la sensibilidad de los termómetros de diamante está limitada por la dependencia relativamente pequeña de la temperatura de las frecuencias de resonancia de espín NV. Por lo tanto, surge la idea de un termómetro de diamante híbrido, en el que el cambio de temperatura en el ambiente se transduce a una señal magnética para ser detectada por los espines centrales NV.

En una nueva investigación publicada en Beijing, Revista Nacional de Ciencias , científicos de la Universidad China de Hong Kong en Hong Kong, Porcelana, y en la Universidad de Stuttgart en Stuttgart, Alemania construyó un nanotermómetro híbrido ultrasensible. El nanotermómetro híbrido estaba compuesto por un solo centro NV en un nanopilar de diamante y una sola nanopartícula de aleación de cobre y níquel. La nanopartícula magnética se colocó cerca del nanopilar de diamante mediante nanomanipulación basada en microscopía de fuerza atómica. Cerca de la temperatura de Curie de la nanopartícula magnética, un pequeño cambio de temperatura conduce a un gran cambio de campo magnético debido a la magnetización crítica. Esta señal magnética térmicamente sensible fue luego medida por el centro NV. El nanotermómetro híbrido recientemente desarrollado tiene una sensibilidad a la temperatura tan alta como una precisión de 76 microkelvin en un segundo de medición. Este es, con mucho, el nanotermómetro más sensible que funciona en condiciones ambientales.

Empleando este sensor híbrido, los científicos monitorearon los cambios de temperatura debido a un proceso de calentamiento por láser y las fluctuaciones de la temperatura ambiental. Además, midieron la disipación térmica cerca del sensor mediante calentamiento adicional con la corriente pasando a través de un cable conductor. El nanotermómetro híbrido ultrasensible es especialmente útil para medir la variación de temperatura en milikelvin con alta resolución temporal. El nuevo sensor puede facilitar el estudio de una amplia gama de procesos térmicos, como reacciones químicas a nanoescala, nano-plasmónicos, disipación de calor en nano y microelectrónica, y procesos térmicos en células individuales.