La mesure de la température à l'échelle nanométrique avec une sensibilité élevée est importante pour étudier de nombreux phénomènes tels que la dissipation thermique de la nano-/micro-électronique, réactions chimiques en volume nanolitre, thermoplasmonique des nanoparticules, et les processus thermiques dans les systèmes sous tension. Il existe divers schémas de thermométrie à l'échelle nanométrique, y compris la nanothermométrie à base de SQUID, microscopie thermique à balayage, et la thermométrie de fluorescence à base de nanoparticules de terres rares, colorants, ou des protéines. Cependant, ces techniques sont limitées par divers facteurs, tels que les artefacts liés aux contacts, instabilité de fluorescence, faible sensibilité, ou l'exigence de conditions de travail extrêmes.

Le développement récent des thermomètres à base de diamant offre une alternative prometteuse. Les fréquences de résonance de spin des centres de lacunes d'azote (NV) se déplacent en diamant avec le changement de température environnementale. En raison de la photostabilité des centres NV et de la bio-compatibilité et de la conductivité thermique élevée du matériau diamanté, des thermomètres à base de diamant ont été appliqués pour surveiller les processus thermiques dans la micro-électronique et les systèmes sous tension. Cependant, la sensibilité des thermomètres à base de diamant est limitée par la dépendance à la température relativement faible des fréquences de résonance de spin NV. Ainsi, il surgit l'idée du thermomètre diamant hybride, dans lequel le changement de température dans l'environnement est transduit en un signal magnétique à détecter par les spins centraux NV.

Dans une nouvelle recherche publiée dans le journal basé à Pékin Revue scientifique nationale , scientifiques de l'Université chinoise de Hong Kong à Hong Kong, Chine, et à l'Université de Stuttgart à Stuttgart, L'Allemagne a construit un nanothermomètre hybride ultra-sensible. Le nanothermomètre hybride était composé d'un seul centre NV dans un nanopilier en diamant et d'une seule nanoparticule d'alliage cuivre-nickel. La nanoparticule magnétique a été placée à proximité du nanopilier en diamant via une nano-manipulation basée sur la microscopie à force atomique. Près de la température de Curie de la nanoparticule magnétique, un petit changement de température conduit à un grand changement de champ magnétique en raison de la magnétisation critique. Ce signal magnétique thermosensible a ensuite été mesuré par le centre NV. Le nanothermomètre hybride nouvellement développé a une sensibilité à la température aussi élevée qu'une précision de 76 microkelvin en une seconde de mesure. C'est de loin le nanothermomètre le plus sensible fonctionnant dans des conditions ambiantes.

En utilisant ce capteur hybride, les scientifiques ont surveillé les changements de température dus à un processus de chauffage au laser et aux fluctuations de température de l'environnement. En outre, ils ont mesuré la dissipation thermique à proximité du capteur par chauffage supplémentaire avec le courant traversant un fil conducteur. Le nanothermomètre hybride ultra-sensible est particulièrement utile pour mesurer la variation de température en millikelvins avec une résolution temporelle élevée. Le nouveau capteur peut faciliter l'étude d'un large éventail de processus thermiques, telles que les réactions chimiques à l'échelle nanométrique, nano-plasmonique, dissipation thermique en nano-/micro-électronique, et les processus thermiques dans des cellules individuelles.