University of Tsukuba forskare använde den olinjära optiska responsen från atomliknande defekter i en diamant för att bygga en liten termometer. Kredit:University of Tsukuba
Forskare från Fakulteten för rena och tillämpade vetenskaper vid University of Tsukuba har utvecklat en metod för att övervaka temperaturen med hjälp av de naturligt förekommande atomliknande defekterna i diamanter. De fann att ökad värme ledde till minskad intensitet av den olinjära harmoniska genereringen av ljus. Detta arbete kan leda till mycket exakta termometrar i nanostorlek.
Nanoteknik spelar en allt viktigare roll i nya enheter, och förmågan att mäta temperaturer i små skalor blir allt viktigare. Konventionella termometrar är ofta för stora eller inte praktiska för många tillämpningar som involverar längdskalor som är mindre än några hundra nanometer. Därför behövs nya tillvägagångssätt för små, beröringsfria temperatursensorer.
Nu har ett team av forskare från University of Tsukuba och Japan Advanced Institute of Science and Technology utnyttjat de olinjära optiska egenskaperna hos en viss typ av defekt i diamanter som är gjorda av kolatomer arrangerade i ett diamant kubiskt gitter. Kvävevakansdefekter (NV) är naturligt förekommande brister i diamanter där två intilliggande kolatomer har ersatts av en kväveatom och ett hål. De har väckt stor uppmärksamhet eftersom de är lätta att få tag på och har ovanliga kvant- och olinjära optiska egenskaper. Bland dem är förmågan att kombinera två eller till och med tre fotoner till en enda högenergifoton i en process som kallas harmonisk generering.
Med hjälp av infraröd ultrakort pulslaserstimulering fann teamet att genereringen av övertoner minskade med temperaturen över intervallet 20–300 °C. "Denna studie presenterar ett effektivt och gångbart sätt att skapa diamantbaserad olinjär optisk temperaturavkänning", säger första författaren Dr. Aizitiaili Abulikemu. Denna temperaturberoende förändring förklarades av missmatchning på grund av hastigheten hos olika ljusfärger i diamanten. Det vill säga, när atomgittret värms upp blir skillnaden i brytningsindex mellan det ursprungliga ljuset och ljuset med högre energi som skapas av övertonsgenerering större, vilket minskar effektiviteten för generering av övertoner.
"Diamanter kan bearbetas till en liten spets för en sond som en del av en temperatursensor i nanometerskala", säger seniorförfattaren professor Muneaki Hase. Framtida applikationer kan till och med innehålla en termometer som är liten nog att hitta inuti en levande cell, som kan detekteras på distans med en laser.
Verket publiceras i Optics Letters som "Temperaturberoende generation av andra harmoniska från färgcentra i diamant." + Utforska vidare
