"Au-delà de donner différentes couleurs au diamant, jaune, rose, bleu, etc. les imperfections émettent de la lumière à des longueurs d'onde [couleurs] spécifiques lorsqu'elles sont sondées avec un faisceau laser, " dit le Dr Tran.

Les chercheurs ont découvert qu'il existe un régime spécial, appelé Anti-Stokes, dans lequel l'intensité de la lumière émise par ces impuretés de couleur diamant dépend très fortement de la température de l'environnement. Parce que ces nanoparticules de diamant peuvent être aussi petites que quelques nanomètres, elles peuvent être utilisées comme de minuscules nano-thermomètres.

« Nous avons immédiatement réalisé que nous pouvions exploiter cette dépendance particulière de la fluorescence et de la température et utiliser des nanoparticules de diamant comme sondes de température ultra-petites, " a déclaré le Dr Bradac.

« Ceci est particulièrement attrayant car le diamant est connu pour être non toxique - donc adapté aux mesures dans des environnements biologiques délicats - ainsi qu'extrêmement résistant - donc idéal pour mesurer des températures dans des environnements très difficiles jusqu'à plusieurs centaines de degrés, " il ajouta.

Les chercheurs disent qu'un avantage important de la technique est qu'elle est entièrement optique. La mesure nécessite uniquement de placer une goutte de la solution de nanoparticules dans l'eau en contact avec l'échantillon, puis de mesurer - de manière non invasive - leur fluorescence optique sous la forme d'un faisceau laser.

Bien que des approches tout optiques similaires utilisant des nanoparticules aient réussi à mesurer les températures à l'échelle nanométrique, l'équipe de recherche estime qu'aucun n'a été capable d'atteindre à la fois la sensibilité et la résolution spatiale de la technique développée à l'UTS. "Nous pensons que notre capteur peut mesurer des températures avec une sensibilité comparable - ou supérieure - à celle des meilleurs micro- et nano-thermomètres tout optiques actuels, tout en offrant la résolution spatiale la plus élevée à ce jour, " dit le Dr Tran.

Les chercheurs de l'UTS ont souligné que la thermométrie à l'échelle nanométrique était l'application la plus évidente, mais loin d'être la seule, exploitant le régime Anti-Stokes dans les systèmes quantiques. Le régime peut constituer la base de l'exploration des interactions lumière-matière fondamentales dans des systèmes quantiques isolés à des énergies conventionnellement inexplorées. Il ouvre de nouvelles possibilités pour une pléthore de technologies pratiques de détection à l'échelle nanométrique, certains aussi exotiques que la réfrigération optique où la lumière est utilisée pour refroidir les objets.