Команда под руководством профессоров физики Карлоса Мерилеса из CCNY и Элизы Риедо из Nanoscience Initiative Центра передовых научных исследований CUNY сообщает в Nature Communications об универсальной платформе для наноразмерных тепловых измерений, основанных на сочетании магнитного резонанса, оптической и атомно-силовой микроскопии. Их статья «Отображение теплопроводности с наноразмерным разрешением с помощью сканирующего спинового зонда» основана на простом представлении: горячий зонд, контактирующий с теплопроводным материалом, таким как металл, охлаждается, потому что тепло течет от зонда в материал.
Однако последнее предотвращается, если материал образца является теплоизолирующим, что означает, что можно сделать вывод о теплопроводности образца, непрерывно отслеживая температуру зонда.Чтобы реализовать эту идею в наномасштабе, исследователи использовали термический атомно-силовой микроскоп, в котором температуру кантилевера можно регулировать с помощью внешнего тока. Кантилевер AFM имеет острый наконечник, который контактирует с подложкой на небольшой, нанометровой площади. Чтобы измерить температуру наконечника, команда CCNY прикрепила к его вершине нанокристалл алмаза, термозависимая флуоресценция которого фактически превратила его в крошечный термометр.
Затем были получены карты теплопроводности с нанометровым разрешением при сканировании иглы на различных подложках неоднородного состава.Команда ожидает множества приложений, начиная от фундаментальных проблем теплового потока в наноструктурах и радиационного переноса тепла в нанозазорах и заканчивая характеристиками материалов, претерпевающих гетерогенные фазовые переходы, и исследованием каталитических экзотермических реакций. Хотя в настоящей реализации тепло течет от наконечника АСМ к образцу, метод может быть немедленно адаптирован для измерения локальной температуры в горячей неоднородной подложке без необходимости использования теплового кантилевера.
«Эта форма наноразмерной сканирующей термометрии может сыграть важную роль в характеристике« горячих точек », образующихся на стыках полупроводниковых гетероструктур, которые, как известно, имеют решающее значение для генерации тепла внутри интегрированных электронных устройств», — сказал Мерилс.