Gli scienziati della Facoltà di scienze pure e applicate dell'Università di Tsukuba hanno sviluppato un metodo per monitorare la temperatura utilizzando i difetti simili ad atomi presenti in natura nei diamanti. Hanno scoperto che l'aumento del calore porta a una ridotta intensità della generazione armonica non lineare di luce. Questo lavoro può portare a termometri di dimensioni nanometriche altamente accurati.

La nanotecnologia sta giocando un ruolo sempre più importante nei nuovi dispositivi e la capacità di misurare le temperature su piccola scala diventa sempre più vitale. I termometri convenzionali sono spesso troppo grandi o non pratici per molte applicazioni che coinvolgono scale di lunghezza inferiori a poche centinaia di nanometri. Pertanto, sono necessari nuovi approcci per minuscoli sensori di temperatura senza contatto.

Ora, un team di ricercatori dell'Università di Tsukuba e del Japan Advanced Institute of Science and Technology hanno sfruttato le proprietà ottiche non lineari di un particolare tipo di difetto nei diamanti che sono costituiti da atomi di carbonio disposti in un reticolo cubico di diamante. I difetti della vacanza di azoto (NV) sono difetti naturali nei diamanti in cui due atomi di carbonio adiacenti sono stati sostituiti da un atomo di azoto e un buco. Hanno attirato molta attenzione perché sono facili da ottenere e hanno proprietà ottiche quantistiche e non lineari insolite. Tra questi c'è la capacità di combinare due o anche tre fotoni insieme in un unico fotone ad alta energia in un processo chiamato generazione armonica.

Utilizzando la stimolazione laser a impulsi ultracorti a infrarossi, il team ha scoperto che la generazione di armoniche diminuiva con la temperatura nell'intervallo di 20–300°C. "Questo studio presenta un modo efficiente e praticabile per creare un rilevamento ottico della temperatura non lineare basato sul diamante", afferma il primo autore, il dottor Aizitiaili Abulikemu. Questo cambiamento dipendente dalla temperatura è stato spiegato dalla mancata corrispondenza dovuta alla velocità dei diversi colori della luce nel diamante. Cioè, quando il reticolo atomico si riscalda, la differenza nell'indice di rifrazione tra la luce originale e la luce a più alta energia creata dalla generazione armonica aumenta, il che diminuisce l'efficienza della generazione armonica.

"I diamanti possono essere trasformati in una piccola punta per una sonda come parte di un sensore di temperatura su scala nanometrica", afferma l'autore senior, il professor Muneaki Hase. Le applicazioni future potrebbero anche includere un termometro abbastanza piccolo da poter essere trovato all'interno di una cellula vivente, che potrebbe essere rilevato a distanza con un laser.

Il lavoro è pubblicato in Optics Letters come "Generazione di seconda armonica dipendente dalla temperatura dai centri di colore nel diamante". + Esplora ulteriormente

Centri di colore del diamante per la fotonica non lineare