Du kan röra vid en fungerande glödlampa och vet direkt att den är varm. aj! Men du kan inte röra en enda molekyl och få samma feedback.

Rice University forskare säger att de har det näst bästa - ett sätt att bestämma temperaturen på en molekyl eller strömmande elektroner genom att använda Raman-spektroskopi kombinerat med en optisk antenn.

Ett nytt papper från Douglas Natelsons labb, en risprofessor i fysik och astronomi, beskriver en teknik som mäter temperaturen på molekyler som sitter mellan två guld nanotrådar och värms upp antingen av ström som appliceras på ledningarna eller laserljus. Tidningen publicerades i veckan i nätupplagan av Naturens nanoteknik .

Natelson, forskarassistent Dan Ward och deras kollegor fann att även om värmemätning på nanoskala kan vara mycket mer komplicerat än att mäta temperaturen på makroobjekt, det kan göras med en noggrannhetsnivå som är av intresse för den molekylära elektronikgemenskapen eller alla som vill veta hur uppvärmning och avledning fungerar i mycket små skalor.

"När du börjar göra små elektroniska enheter eller små korsningar, du måste oroa dig för hur energi hamnar i form av värme, ", sa Natelson. "När det gäller makroskopiska föremål, som glödtråden i en glödlampa, du kan fästa ett termoelement -- en termometer -- och mäta det." När glödlampor blir varma, de lyser också. "Om du tittar på spektrumet av ljuset som kommer ut, du kan räkna ut hur varmt det är, " han sa.

Det är en alltför förenklad version av vad Natelson och Ward gör. Man kan inte se glöden från en molekyl. Dock, forskarna kan skicka in ljus som en sond och detektera våglängden på ljuset som molekylen returnerar när den värms upp. "I Raman-spridningen, du skickar in ljus som interagerar med ditt mål. När den kommer tillbaka, det kommer antingen att ha mer energi än du lägger in, eller samma, eller mindre. Och vi kan se det och räkna ut den effektiva temperaturen för vad som helst som sprider ljuset."

Det nya arbetet följer en artikel som publicerades i september om labbets skapande av nanoantenner som koncentrerar och förstorar ljus upp till 1, 000 gånger. Detta papper fokuserade på intensiteten av laserljus som sköts in i ett gap mellan spetsarna på två guld nanotrådar.

Den här gången, Natelson och Ward spred molekyler - antingen oligofenylenvinylen eller 1-dodekantiol - på ytan av en guld nanotråd och bröt sedan ledningen, lämnar ett gap i nanoskala. När de hade turen att hitta molekyler i gapet -- "the sweet spot" är där metalltrådarna är närmast, Natelson sa -- de skulle starta och läsa de resulterande spektra.

Experimenten utfördes i vakuum med material kylda till 80 kelvin (-315 grader Fahrenheit). Forskarna fann att de lätt kunde upptäcka temperaturfluktuationer på upp till 20 grader i molekylerna.

På makronivå, Natelson sa, "Du brukar titta på något som i grunden är kallt. Du skickar in ljus, det dumpar en del av energin i det du tittar på och ljuset kommer ut med mindre energi än när du började. Med Raman-spridning, du kan faktiskt se speciella molekylära vibrationslägen."

Men det motsatta kan hända om atomerna redan vibrerar med lagrad energi. "Ljuset kan ta en del av det och komma ut med mer energi än när det startade, " han förklarade.

Effekten är mest dramatisk när ström tillförs genom nanotrådarna. "När vi skruvar upp strömmen genom denna korsning, vi kan se dessa olika vibrationer skaka mer och mer. Vi kan se hur det här värms upp."

Natelson, utsedd av Discover magazine 2008 till en av landets 20 främsta forskare under 40 år, sade att experimenten inte bara visar hur molekyler som kilas in i nanogapen värms upp, men också deras interaktion med metalltrådarna. "Vibrationerna visar sig som skarpa toppar i spektrat, " sa han. "De har mycket bestämda energier. Under allt det, det finns den här sortens diffusa utstryk där ljuset istället interagerar med elektronerna i metallen, själva metalltrådarna."

Natelson sa att det är extremt svårt att få direkt information om hur uppvärmning och avledning fungerar på nanoskala. "I allmänhet, du kan inte göra det. Det finns mycket modellering, men när det gäller experimentella saker kan du faktiskt mäta som berättar vad som händer, allt är väldigt indirekt. Detta är ett undantag. Det här är speciellt. Du kan se vad som händer.

"I vårt fantasiexperiment, vi skulle säga, 'Pojke, Jag önskar att jag kunde gå in med en termometer, ' eller, "Jag önskar att jag kunde se varje molekyl och se hur mycket den skakar." Och detta är faktiskt ett sätt att göra det. Vi kan verkligen se hur dessa saker värms upp."