Полупроводниковые нанокристаллы позволяют создавать идеальные оптические термометры
 Разница интенсивностей двух потоков фотонов при фотолюминисценции нанокристалла может использоваться для определения температуры окружающей среды. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Устройства, созданные учеными из University of Washington, основаны на полупроводниковых нанокристаллах, содержащих примеси марганца. При возбуждении световым лучом синей части спектра, такой термометр излучает одновременно две оптические волны с длинами 520 и 580 нм – этот эффект известен как двойная эмиссия. В процессе своих исследований ученые определили, что отношение интенсивностей излучаемых лучей может использоваться для измерения абсолютной температуры окружающей среды. Такая возможность была обнаружена случайно в процессе исследований в совершенно другой области. Комментируя открытие, ученые отмечают, что они случайно наткнулись на наиболее явный и яркий пример подобного типа фотолюминесценции. Ранее он не был описан, несмотря на более чем 10 тысяч опубликованных научных статей и книг по данной тематике.
Помимо сообщения об открытии нового типа фотолюминесценции, ученые сразу же предложили новый, практически идеальный инструмент для оптической термометрии. Эффект двойной эмиссии чрезвычайно чувствителен к температуре; созданный на основе его термометр может в реальном времени фиксировать изменения температуры на 0,2 градуса.
Согласно объяснению, предложенному учеными, двойную эмиссию вызывает тепловое различие населенностей двух возбужденных состояний в одном и том же нанокристалле. Если это действительно так, значит тепловое «окно», в котором работает подобный термометр, может «настраиваться» в широком диапазоне температур. Это делает такой термометр применимым в самых разнообразных практических сферах. Помимо термического наблюдения за производством наноустройств, разработчики ожидают применения идеи в биологической термометрии, ведь результаты измерений в данном случае не зависят от pH фактора и других свойств окружающей среды, традиционно влияющих на показания других приборов.
Похожие идеи относительно использования в термометрии явления двойной эмиссии уже высказывались в научном мире, правда, применительно к органическим молекулам. Исследователи в разных концах мира уже более полувека работают в этом направлении, предлагая созданные инструменты в практическом машиностроении, микрофлюидике, микроэлектронике и т.п. В каком-то смысле переход на полупроводниковые нанокристаллы был лишь вопросом времени. Однако, до сих пор никому не удавалось найти сочетание веществ (полупроводника и примеси для создания нанокристалла), которое обеспечило бы высокую чувствительность наноустройства к малым флуктуациям температуры. Поэтому открытие, сделанное учеными из University of Washington, на самом деле стало первым и принципиально-важным шагом к использованию неорганических соединений в таком ракурсе.
Также по теме:
Источники: