A medição de temperatura em nanoescala com alta sensibilidade é importante para investigar muitos fenômenos, como dissipação de calor de nano / microeletrônica, reações químicas em volume de nanolitro, termoplasmônicos de nanopartículas, e processos térmicos em sistemas vivos. Tem havido vários esquemas de termometria em nanoescala, incluindo a nanotermometria baseada em SQUID, microscopia térmica de varredura, e termometria de fluorescência baseada em nanopartículas de terras raras, tintas, ou proteínas. Contudo, essas técnicas são limitadas por vários fatores, como artefatos relacionados ao contato, instabilidade de fluorescência, baixa sensibilidade, ou a exigência de condições extremas de trabalho.

O recente desenvolvimento de termômetros baseados em diamante oferece uma alternativa promissora. As frequências de ressonância de spin dos centros de vacância de nitrogênio (NV) no diamante mudam com a mudança de temperatura ambiente. Devido à fotoestabilidade dos centros NV e à biocompatibilidade e alta condutividade térmica do material de diamante, termômetros baseados em diamante foram aplicados para monitorar os processos térmicos em microeletrônica e sistemas vivos. Contudo, a sensibilidade dos termômetros baseados em diamante é limitada pela dependência relativamente pequena da temperatura das frequências de ressonância de spin NV. Assim, surge a ideia do termômetro de diamante híbrido, em que a mudança de temperatura no ambiente é transduzida em um sinal magnético a ser detectado pelos spins centrais NV.

Em uma nova pesquisa publicada no National Science Review , cientistas da Universidade Chinesa de Hong Kong em Hong Kong, China, e na Universidade de Stuttgart em Stuttgart, A Alemanha construiu um nanotermômetro híbrido ultrassensível. O nanotermômetro híbrido era composto de um único centro NV em um nanopilar de diamante e uma única nanopartícula de liga de cobre-níquel. A nanopartícula magnética foi colocada próxima ao nanopilar de diamante por meio de nanomanipulação baseada em microscopia de força atômica. Perto da temperatura de Curie da nanopartícula magnética, uma pequena mudança de temperatura leva a uma grande mudança no campo magnético devido à magnetização crítica. Este sinal magnético termicamente sensível foi então medido pelo centro NV. O nanotermômetro híbrido recém-desenvolvido tem uma sensibilidade de temperatura tão alta quanto uma precisão de 76 microkelvin em um segundo de medição. Este é de longe o nanotermômetro mais sensível em condições ambientais.

Empregando este sensor híbrido, os cientistas monitoraram as mudanças de temperatura devido a um processo de aquecimento a laser e as flutuações da temperatura ambiente. Além disso, eles mediram a dissipação térmica perto do sensor por aquecimento adicional com a corrente passando por um fio condutor. O nanotermômetro híbrido ultrassensível é especialmente útil na medição da variação de temperatura em milikelvin com alta resolução temporal. O novo sensor pode facilitar o estudo de uma ampla gama de processos térmicos, como reações químicas em nanoescala, nano-plasmonics, dissipação de calor em nano / microeletrônica, e processos térmicos em células individuais.