Cientistas da Faculdade de Ciências Puras e Aplicadas da Universidade de Tsukuba desenvolveram um método para monitorar a temperatura usando os defeitos naturais do átomo em diamantes. Eles descobriram que o aumento do calor levou à redução da intensidade da geração harmônica não linear de luz. Este trabalho pode levar a termômetros nanométricos altamente precisos.
A nanotecnologia está desempenhando um papel cada vez mais importante em novos dispositivos, e a capacidade de medir temperaturas em pequenas escalas se torna cada vez mais vital. Termômetros convencionais geralmente são muito grandes ou não são práticos para muitas aplicações que envolvem escalas de comprimento menores que algumas centenas de nanômetros. Assim, novas abordagens são necessárias para sensores de temperatura minúsculos e sem contato.

Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Tsukuba e do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão aproveitou as propriedades ópticas não lineares de um tipo particular de defeito em diamantes que são feitos de átomos de carbono dispostos em uma rede cúbica de diamante. Defeitos de vacância de nitrogênio (NV) são falhas que ocorrem naturalmente em diamantes em que dois átomos de carbono adjacentes foram substituídos por um átomo de nitrogênio e um buraco. Eles atraíram muita atenção porque são fáceis de obter e possuem propriedades ópticas quânticas e não lineares incomuns. Entre eles está a capacidade de combinar dois ou até três fótons em um único fóton de alta energia em um processo chamado geração harmônica.

Usando estimulação a laser de pulso ultracurto infravermelho, a equipe descobriu que a geração harmônica diminuiu com a temperatura na faixa de 20 a 300 ° C. "Este estudo apresenta uma maneira eficiente e viável para a criação de sensores ópticos não lineares de temperatura baseados em diamante", diz o primeiro autor Dr. Aizitiaili Abulikemu. Essa mudança dependente da temperatura foi explicada pela incompatibilidade devido à velocidade das diferentes cores da luz no diamante. Ou seja, à medida que a rede atômica se aquece, a diferença no índice de refração entre a luz original e a luz de maior energia criada pela geração harmônica aumenta, o que diminui a eficiência da geração harmônica.

“Os diamantes podem ser processados ​​em uma pequena ponta para uma sonda como parte de um sensor de temperatura em escala nanométrica”, diz o autor sênior, professor Muneaki Hase. Aplicações futuras podem até incluir um termômetro pequeno o suficiente para ser encontrado dentro de uma célula viva, que pode ser detectado remotamente com um laser.

O trabalho é publicado em Optics Letters como "geração de segunda harmônica dependente de temperatura a partir de centros de cores em diamante". + Explorar mais

Centros de cores de diamante para fotônica não linear