Ny metode til at måle temperaturen på objekter i nanoskala opdaget

Temperaturmålinger i vores dagligdag udføres typisk ved at bringe et termometer i kontakt med det objekt, der skal måles. Imidlertid, måling af temperaturen på nanoskalaobjekter er en meget mere vanskelig opgave på grund af deres størrelse - op til tusind gange mindre end bredden af ​​et menneskehår.

Banebrydende forskning, udgivet i Naturnanoteknologi , har nu udviklet en metode til nøjagtigt at måle overfladetemperaturen på nanoskalaobjekter, når de har en anden temperatur end deres omgivelser. Et hold ledet af Dr. Janet Anders ved University of Exeter og professor Peter Barker ved University College London har opdaget, at overfladetemperaturerne på objekter i nanoskala kan bestemmes ved at analysere deres nervøse bevægelser i luften - kendt som Brownsk bevægelse.

"Denne bevægelse er forårsaget af kollisionerne med luftmolekylerne" sagde Dr. Anders, en kvanteinformationsteoretiker og medlem af afdelingen for fysik og astronomi ved University of Exeter. "Vi fandt ud af, at påvirkningen af ​​sådanne kollisioner bærer information om objektets overfladetemperatur, og har brugt vores observation af dens brune bevægelse til at identificere disse oplysninger og udlede temperaturen. "

Forskerne udførte deres forskning ved at fange en glas nanosfære i en laserstråle og suspendere den i luft. Kuglen blev derefter opvarmet, og det var muligt at observere stigende temperaturer på nanoskalaen, indtil glasset blev så varmt, at det smeltede. Denne teknik kunne endda skelne forskellige temperaturer på tværs af overfladen af ​​den lille kugle.

"Når du arbejder med objekter på nanoskalaen, kollisioner med luftmolekyler gør en stor forskel", siger Dr. James Millen fra teamet på University College London. "Ved at måle, hvordan energi overføres mellem nanopartikler og luften omkring dem, lærer vi meget om begge dele".

Nøjagtig viden om temperatur er nødvendig i mange nanoteknologiske enheder, fordi deres funktion er stærkt afhængig af temperaturen. Opdagelsen informerer også nuværende forskning, der arbejder på at bringe store objekter i en kvantesuperpositionstilstand. Det har yderligere indflydelse på studiet af aerosoler i atmosfæren og åbner døren for studiet af processer, der er ude af ligevægt i kontrollerede omgivelser.

Brownsk bevægelse er opkaldt efter den skotske botaniker Robert Brown, der, i 1827, bemærkede, at pollen bevæger sig gennem vandet, selv når vandet er helt stille. Albert Einstein udgav et papir i 1905, der forklarede i præcise detaljer, hvordan denne bevægelse var et resultat af, at pollen blev skubbet af individuelle vandmolekyler, i sidste ende fører til accept af den atomistiske natur af alt stof i videnskaben.