Temperaturmätning i nanoskala med hög känslighet är viktig för att undersöka många fenomen som värmeavledning av nano-/mikroelektronik, kemiska reaktioner i nanolitervolym, termoplasmonik av nanopartiklar, och termiska processer i strömförande system. Det har funnits olika termometrischeman i nanoskala, inklusive den SQUID-baserade nanotermometrin, scanning termisk mikroskopi, och fluorescenstermometri baserad på nanopartiklar av sällsynta jordartsmetaller, färgämnen, eller proteiner. Dock, dessa tekniker begränsas av olika faktorer, som kontaktrelaterade artefakter, fluorescens instabilitet, låg känslighet, eller kravet på extrema arbetsförhållanden.

Den senaste utvecklingen av diamantbaserade termometrar ger ett lovande alternativ. Spinnresonansfrekvenserna för kvävevakans (NV) centreras i diamantskifte med omgivningens temperaturförändring. På grund av fotostabiliteten hos NV-centra och diamantmaterialets biokompatibilitet och höga värmeledningsförmåga, diamantbaserade termometrar användes för att övervaka de termiska processerna i mikroelektronik och strömförande system. Dock, känsligheten hos de diamantbaserade termometrarna begränsas av det relativt lilla temperaturberoendet hos NV-spinnresonansfrekvenserna. Således, det uppstår idén om en hybrid diamanttermometer, där temperaturförändringen i omgivningen omvandlas till en magnetisk signal som detekteras av NV-centrumsnurrarna.

I ny forskning publicerad i Beijing-baserade National Science Review , forskare vid The Chinese University of Hong Kong i Hong Kong, Kina, och vid universitetet i Stuttgart i Stuttgart, Tyskland konstruerade en ultrakänslig hybrid nanotermometer. Hybrid-nanotermometern bestod av ett enda NV-center i en diamantnanopelare och en enda nanopartikel av koppar-nickellegering. Den magnetiska nanopartikeln placerades nära diamantnanopelaren via nanomanipulation baserad på atomkraftsmikroskopi. Nära Curie-temperaturen för den magnetiska nanopartikeln, en liten temperaturförändring leder till en stor magnetfältförändring på grund av den kritiska magnetiseringen. Denna termiskt känsliga magnetiska signal mättes sedan av NV-centret. Den nyutvecklade hybrid nanotermometern har en temperaturkänslighet så hög som en precision på 76 mikrokelvin på en sekunds mätning. Detta är den överlägset känsligaste nanotermometern som fungerar under omgivande förhållanden.

Genom att använda denna hybridsensor, forskarna övervakade temperaturförändringarna på grund av en laseruppvärmningsprocess och temperaturfluktuationer i miljön. Dessutom, de mätte värmeavledningen nära sensorn genom ytterligare uppvärmning med strömmen som passerade genom en ledande tråd. Den ultrakänsliga hybridnanotermometern är särskilt användbar för att mäta temperaturvariationer i millikelvin med hög tidsupplösning. Den nya sensorn kan underlätta studiet av ett brett spektrum av termiska processer, såsom kemiska reaktioner i nanoskala, nanoplasmonik, värmeavledning i nano-/mikroelektronik, och termiska processer i enstaka celler.