《應(yīng)用物理學(xué)報》最近發(fā)表研究，稱科學(xué)家們研制出一種微型金剛石探針，能夠光學(xué)地傳輸精細(xì)的溫度信息，工作溫度可以從150到850開爾文溫度，相當(dāng)于深冷低溫到鋁熔點的變化范圍。
       這種金剛石探針可以用來測量材料的熱漲落，以此來更好的理解溫差電效應(yīng)和摩擦現(xiàn)象等。由于金剛石生物兼容性好，這種探針還可以用在生物學(xué)系統(tǒng)上。此外，該探針還可以替代普通的工業(yè)傳感器，監(jiān)測極端環(huán)境的狀況和變化，如發(fā)動機(jī)內(nèi)部，燃燒室和高壓系統(tǒng)等。
       探針的核心是一種叫做Ni基S3缺陷中心的發(fā)光金剛石缺陷，它是由一個氮原子、一個空位、一個鎳原子、另一個空位和另一個氮原子的直鏈結(jié)構(gòu)構(gòu)成，這些構(gòu)成成分都嵌在金剛石的晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)。        “這種結(jié)構(gòu)看似復(fù)雜，其實就是金剛石的一種常見缺陷，特別是人造金剛石。鎳常用作合成前驅(qū)體”，法國科研中心CNRS研究員Gilles Ledoux解釋到。
       研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)利用激光脈沖進(jìn)行激活刺激時，Ni基S3缺陷中心會像其他金剛石缺陷一樣能夠發(fā)光，而且發(fā)光時間隨溫度增高而降低。
       而真正能夠使Ni基S3缺陷中心適宜做溫度探針的核心技術(shù)在于它的電子結(jié)構(gòu)；Ni基S3缺陷中心的電子結(jié)構(gòu)中有兩個間隔較近的激發(fā)態(tài)能量級，這兩個能量級在能級壽命方面存在著千倍的差額。這個千倍的差額則說明Ni基S3缺陷中心的發(fā)光對溫度變化是非常敏感的。
       工作人員將帶有Ni基S3缺陷中心的金剛石微粒固定在硅片上，將其鑲嵌在低溫恒溫器中，將溫度保持在77開爾文到873開爾文溫度；實驗結(jié)果可以精準(zhǔn)到1℃。
       研究院Estelle Homeyer說：這種金剛石探針敏感度高、溫度反應(yīng)速度快、用途廣泛、溫差范圍從150開爾文到850開爾文溫度、空間分辨率好；局限性僅在于金剛石顆粒大小。集諸多高性能于一身的特色使其比一般的發(fā)光溫度傳感器優(yōu)越許多。
       這種新型金剛石溫度探針的最大優(yōu)勢還在于它能夠探測到快速的熱差變化，以微尺度甚至納米尺度的精度測量不同材料的熱性能。