Gli scienziati del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) e i loro collaboratori hanno sviluppato un termometro micrometrico sensibile al calore generato da fasci ottici ed elettronici, e può misurare piccole e rapide variazioni di temperatura in tempo reale. Questo nuovo dispositivo può essere utilizzato per esplorare il trasporto di calore su micro e nanoscala, e in esperimenti di microscopia ottica e radiazione di sincrotrone.

C'è un urgente bisogno di un dispositivo in grado di misurare il comportamento termico su scala nanometrica e in tempo reale, poiché questa tecnologia potrebbe essere applicata nel trattamento del cancro fototermico e nella ricerca avanzata sui cristalli, raccolta della luce ottica, ecc. Inoltre, un sistema di microscopia termica miniaturizzato con una fonte di calore e un rivelatore su nanoscala è essenziale per lo sviluppo futuro di transistor di prossima generazione che verranno impiegati nella progettazione di nuovi dispositivi su nanoscala.

Una termocoppia è un dispositivo elettrico costituito da due conduttori elettrici dissimili che formano giunzioni elettriche a temperature diverse. Una termocoppia produce una tensione dipendente dalla temperatura, che può essere interpretato per misurare la temperatura. La micro-termocoppia recentemente sviluppata dagli scienziati del Tokyo Institute of Technology e dai loro collaboratori è di grande importanza per i ricercatori in molti campi. Questo dispositivo è costituito da una termocoppia in oro e nichel su una membrana in nitruro di silicio ed è miniaturizzato nella misura in cui gli elettrodi sono larghi solo 2,5 μm e la membrana è spessa appena 30 nm. Affinché un tale sistema possa essere utilizzato come dispositivo di caratterizzazione termica, cioè., un termometro, deve mostrare sensibilità al cambiamento di temperatura. La micro-termocoppia sviluppata ha mostrato un'elevata reattività al calore generato da un laser e da un raggio di elettroni. È importante sottolineare che minuscole variazioni di temperatura sono state misurate dalla termocoppia sviluppata per entrambi i tipi di riscaldamento.

Un processo di miniaturizzazione già sviluppato è stato utilizzato per preparare la micro-termocoppia, ma sono stati apportati miglioramenti critici. Nel metodo stabilito, viene creato un motivo incrociato di strisce metalliche con larghezze di pochi micrometri, in modo che venga prodotta una termocoppia. I ricercatori del Tokyo Institute of Technology e i loro colleghi hanno utilizzato questa tecnica per creare un modello su una membrana di nitruro di silicio nano-sottile, che ha migliorato la sensibilità del dispositivo e gli ha permesso di rispondere più velocemente. Attraverso questo approccio, è stato prodotto con successo un termometro in grado di misurare rapidi e piccoli cambiamenti di temperatura, con le misurazioni eseguite attraverso la membrana di nitruro di silicio nano-sottile.

Come spiegato sopra, sia una fonte di calore su scala nanometrica che un rivelatore su scala nanometrica sono necessari per un sistema di microscopia termica miniaturizzata. Questi requisiti sono stati soddisfatti con successo dai ricercatori, che hanno utilizzato la membrana nano-sottile e un raggio laser o di elettroni strettamente focalizzato per creare una fonte di calore con un diametro inferiore a 1 μm. Così, abbinato al rilevatore a microtermocoppia, è stato realizzato un sistema di microscopia termica su nanoscala. Questo sistema può essere considerato come una nuova "cassetta degli attrezzi" per studiare il comportamento del trasporto di calore su micro e nanoscala, con molte importanti applicazioni in una vasta gamma di campi.