La misurazione della temperatura su scala nanometrica con elevata sensibilità è importante per studiare molti fenomeni come la dissipazione del calore della nano/microelettronica, reazioni chimiche in volume nanolitro, termoplasmonica di nanoparticelle, e processi termici in sistemi sotto tensione. Ci sono stati vari schemi di termometria su nanoscala, compresa la nanotermometria basata su SQUID, microscopia termica a scansione, e termometria a fluorescenza basata su nanoparticelle di terre rare, coloranti, o proteine. Però, queste tecniche sono limitate da vari fattori, come artefatti legati al contatto, instabilità della fluorescenza, bassa sensibilità, o il requisito di condizioni di lavoro estreme.

Il recente sviluppo di termometri a base di diamante fornisce un'alternativa promettente. Le frequenze di risonanza di spin dei centri di azoto-vacanza (NV) nel diamante si spostano con la variazione della temperatura ambientale. Grazie alla fotostabilità dei centri NV e alla biocompatibilità e all'elevata conducibilità termica del materiale diamantato, termometri a base di diamante sono stati applicati per monitorare i processi termici nella microelettronica e nei sistemi in tensione. Però, la sensibilità dei termometri a base di diamante è limitata dalla dipendenza dalla temperatura relativamente piccola delle frequenze di risonanza di spin NV. Così, nasce l'idea del termometro a diamante ibrido, in cui la variazione di temperatura nell'ambiente viene trasdotta in un segnale magnetico da rilevare dagli spin centrali NV.

In una nuova ricerca pubblicata nella sede di Pechino Rassegna scientifica nazionale , scienziati dell'Università cinese di Hong Kong a Hong Kong, Cina, e all'Università di Stoccarda a Stoccarda, La Germania ha costruito un nanotermometro ibrido ultrasensibile. Il nanotermometro ibrido era composto da un singolo centro NV in un nanopilastro di diamante e da una singola nanoparticella in lega di rame-nichel. La nanoparticella magnetica è stata posizionata vicino al nanopilastro di diamante tramite nanomanipolazione basata sulla microscopia a forza atomica. Vicino alla temperatura di Curie della nanoparticella magnetica, una piccola variazione di temperatura porta a una grande variazione del campo magnetico a causa della magnetizzazione critica. Questo segnale magnetico termosensibile è stato quindi misurato dal centro NV. Il nanotermometro ibrido di nuova concezione ha una sensibilità alla temperatura pari a una precisione di 76 microkelvin in un secondo di misurazione. Questo è di gran lunga il nanotermometro più sensibile che funziona in condizioni ambientali.

Utilizzando questo sensore ibrido, gli scienziati hanno monitorato le variazioni di temperatura dovute a un processo di riscaldamento laser e le fluttuazioni della temperatura ambientale. Inoltre, hanno misurato la dissipazione termica vicino al sensore mediante riscaldamento aggiuntivo con la corrente che passa attraverso un filo conduttore. Il nanotermometro ibrido ultrasensibile è particolarmente utile per misurare la variazione di temperatura in millikelvin con un'elevata risoluzione temporale. Il nuovo sensore può facilitare lo studio di un'ampia gamma di processi termici, come reazioni chimiche su scala nanometrica, nano-plasmonica, dissipazione del calore nella nano/microelettronica, e processi termici in singole celle.