Новости

Группа ученых-химиков из University of Washington создала новый класс высокочувствительных оптических термометров при помощи полупроводниковых нанокристаллов. Устройство работает благодаря принципиально новому (ранее не описанному) механизму фотолюминесценции. Термометр может использоваться в том числе и для измерения параметров органических и лазерных светодиодов, а также других объектов, имеющих размеры несколько нанометров, прямо в процессе их производства.

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.