Ученые с факультета чистых и прикладных наук Университета Цукуба разработали метод мониторинга температуры с помощью естественных атомоподобных дефектов в алмазах. Они обнаружили, что повышение температуры привело к снижению интенсивности нелинейной гармонической генерации света. Эта работа может привести к созданию высокоточных нанотермометров.
Нанотехнологии играют все более важную роль в новых устройствах, и возможность измерения температуры в малых масштабах становится все более важной. Обычные термометры часто слишком велики или непрактичны для многих приложений, в которых используются шкалы длины меньше нескольких сотен нанометров. Таким образом, необходимы новые подходы для крошечных бесконтактных датчиков температуры.
Теперь группа исследователей из Университета Цукуба и Японского передового института науки и технологий воспользовалась нелинейными оптическими свойствами определенного типа дефектов в алмазах, состоящих из атомов углерода, расположенных в кубической решетке алмаза. Дефекты вакансий азота (NV) — это естественные дефекты в алмазах , в которых два соседних атома углерода заменены атомом азота и отверстием. Они привлекли большое внимание, поскольку их легко получить и они обладают необычными квантовыми и нелинейно-оптическими свойствами. Среди них способность объединять два или даже три фотона вместе в один высокоэнергетический фотон в процессе, называемом генерацией гармоник.
Используя инфракрасную ультракороткоимпульсную лазерную стимуляцию, команда обнаружила, что генерация гармоник уменьшается с температурой в диапазоне 20–300°C. «Это исследование представляет собой эффективный и жизнеспособный способ создания нелинейных оптических датчиков температуры на основе алмазов», — говорит первый автор, доктор Айзитиаили Абуликему. Это температурно-зависимое изменение было объяснено несоответствием скорости света разных цветов в алмазе. То есть, по мере того как атомная решетка нагревается, разница в показателе преломления между исходным светом и светом с более высокой энергией , созданным генерацией гармоник, увеличивается, что снижает эффективность генерации гармоник.
«Алмазы могут быть переработаны в крошечный наконечник для зонда как часть датчика температуры нанометрового масштаба », — говорит старший автор профессор Мунеаки Хасэ. Будущие приложения могут даже включать термометр, достаточно маленький, чтобы его можно было найти внутри живой клетки, который можно было бы обнаружить дистанционно с помощью лазера.
Работа опубликована в Optics Letters под названием «Зависимая от температуры генерация второй гармоники от центров окраски в алмазе».
