Des scientifiques de la Faculté des sciences pures et appliquées de l'Université de Tsukuba ont mis au point une méthode de surveillance de la température en utilisant les défauts naturels de type atomique dans les diamants. Ils ont découvert qu'une chaleur accrue entraînait une réduction de l'intensité de la génération d'harmoniques non linéaires de lumière. Ces travaux pourraient conduire à des thermomètres nanométriques très précis.

La nanotechnologie joue un rôle de plus en plus important dans les nouveaux appareils, et la capacité de mesurer des températures à petite échelle devient de plus en plus vitale. Les thermomètres conventionnels sont souvent trop grands ou peu pratiques pour de nombreuses applications qui impliquent des échelles de longueur inférieures à quelques centaines de nanomètres. Ainsi, de nouvelles approches sont nécessaires pour les minuscules capteurs de température sans contact.

Maintenant, une équipe de chercheurs de l'Université de Tsukuba et du Japan Advanced Institute of Science and Technology a tiré parti des propriétés optiques non linéaires d'un type particulier de défaut dans les diamants constitués d'atomes de carbone disposés dans un réseau cubique de diamant. Les défauts de lacune d'azote (NV) sont des défauts naturels dans les diamants dans lesquels deux atomes de carbone adjacents ont été remplacés par un atome d'azote et un trou. Ils ont attiré beaucoup d'attention car ils sont faciles à obtenir et ont des propriétés optiques quantiques et non linéaires inhabituelles. Parmi eux se trouve la capacité de combiner deux ou même trois photons en un seul photon à haute énergie dans un processus appelé génération d'harmoniques.

En utilisant une stimulation laser infrarouge à impulsions ultracourtes, l'équipe a découvert que la génération d'harmoniques diminuait avec la température sur une plage de 20 à 300 °C. "Cette étude présente un moyen efficace et viable de créer une détection de température optique non linéaire à base de diamant", a déclaré le premier auteur, le Dr Aizitiaili Abulikemu. Ce changement dépendant de la température a été expliqué par un décalage dû à la vitesse des différentes couleurs de la lumière dans le diamant. Autrement dit, à mesure que le réseau atomique se réchauffe, la différence d'indice de réfraction entre la lumière d'origine et la lumière d'énergie plus élevée créée par la génération d'harmoniques augmente, ce qui diminue l'efficacité de la génération d'harmoniques.

"Les diamants peuvent être transformés en une pointe minuscule pour une sonde dans le cadre d'un capteur de température à l'échelle nanométrique", explique l'auteur principal, le professeur Muneaki Hase. Les applications futures pourraient même inclure un thermomètre suffisamment petit pour être trouvé à l'intérieur d'une cellule vivante, qui pourrait être détecté à distance avec un laser.

Le travail est publié dans Optics Letters comme "Génération de deuxième harmonique dépendante de la température à partir de centres de couleur dans le diamant." + Explorer plus loin

Centres de couleur diamant pour la photonique non linéaire