挨近绝对零度下作业的分子温度计

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　　一种新式温度计可以制作外表温度的微标准散布图，然后可以研讨低温下材猜中的热量活动。

　　为了研讨微电子元件等细小体系，研讨人员期望制作低温下纳米标准的温度散布图。但现在的技能总会引进部分热量，损坏丈量的成果。最近一个研讨小组展现了一种低温温度计，它可以到达微标准分辨率，而且对被丈量体系的温度影响很小。它把细小晶体中嵌入的单分子作为传感器，具有毫开尔文的灵敏度。该技能可大规模的运用在低温下纳米结构外表的热特性研讨。

　　温度有多高？激光束(黄色)加热图画化的硅膜，而另一束激光(赤色)则激起膜外表一块晶体中包裹的单个二苯并三萘(DBT)分子。发射光子(赤色椭圆)的谱线线形提醒了DBT分子所在位置的温度，外表温度在3—30 K之间

　　在各种技能的开展过程中，了解和操控材猜中的热量活动至关重要。例如，研讨人员运用低温冷却的石墨烯等二维资料，将热量从微电子设备中的热门传导出去。低温下，热量可以在这些材猜中长间隔传输而不耗散，使得这些资料成为极端有用的热导体。但是，人们对这种热传输的准确机制依然知之甚少。更普遍地说，研讨人员还期望深化了解资料在低温下的其他失常热特性，例如热以波的方式活动的状况。

　　意大利国家光学研讨所(INO)的Victoria Esteso和她的搭档期望制作外表温度散布图，以便了解这些特性。但现在可以在低温下供给微米级分辨率的技能并不合适，由于它们会向被测体系传输很多能量。尽管这对某些类型的丈量无关紧要，但在温度散布丈量中就没有办法接受了。因而Esteso和她的搭档们尝试了一种新的办法。

　　他们选用的温度计是纳米晶体，晶体内含有几个包裹在蒽基质中的二苯并三萘(DBT)分子。当用赤色激光照耀时，DBT分子会宣布荧光，其光谱线宽跟着温度上升而变宽。因而，经过丈量线宽即可得到纳米晶体的温度。

　　Esteso和她的搭档在一个以三角形微孔作为格点的硅膜体系上测试了该技能。这些孔有400 nm宽，占有了膜面积的60%，这种类型的“纳米结构”膜可用于办理某类微电子设备中的暖流。研讨人员首先将DBT和蒽混合在水中，并从溶液中生长出纳米晶体。然后他们将一层薄薄的含有纳米晶体的液体掩盖在膜上，让水蒸腾。随后，研讨小组运用激光束顺次加热膜上距晶体不同间隔的一系列点，并运用另一束激光照耀晶体并丈量每种情况下的温度。所得温度与间隔的联系与理论模型相符，验证了测温技能。

　　在另一个试验中，研讨人员加热了膜上的一个点，并照耀了在面上散布的发光晶体，然后创建了具有微米分辨率的温度散布图，由此确认膜的导热率。

　　INO团队负责人Costanza Toninelli表明，用于在DBT分子中激起荧光的激光功率低至纳瓦，因而其加热作用可忽略不计。她说：“在分子和膜之间没有显着热传递的条件下，咱们测得了温度”。

　　该温度计在3—20 K的温度下作业作用最佳。尽管研讨人员的方针是运用这项技能来研讨纳米结构膜中的传热，但他们表明该办法也能轻松完成商业运用。Toninelli表明，一家德国纳米技能公司有爱好运用这种办法来勘探其低温恒温器内的温度散布。

　　“在这个温度规模内运用单分子光谱是很共同的”，葡萄牙阿威罗大学研讨光子学和纳米资料的Carlos Brites以为，在相对较新的纳米测温范畴，具有针对新运用的新技能是有协助的。

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