Des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) et leurs collaborateurs ont mis au point un thermomètre de l'ordre du micromètre sensible à la chaleur générée par les faisceaux optiques et électroniques, et peut mesurer les changements de température petits et rapides en temps réel. Ce nouveau dispositif peut être utilisé pour explorer le transport de la chaleur à l'échelle micro et nano, et dans les expériences de microscopie optique et de rayonnement synchrotron.

Il existe un besoin urgent d'un appareil capable de mesurer le comportement thermique à l'échelle nanométrique et en temps réel, car cette technologie pourrait être appliquée dans le traitement photothermique du cancer ainsi que dans la recherche avancée sur les cristaux, récolte de lumière optique, etc. De plus, un système de microscopie thermique miniaturisé avec une source de chaleur et un détecteur à l'échelle nanométrique est essentiel pour le développement futur de transistors de nouvelle génération qui seront utilisés dans la conception de nouveaux dispositifs à l'échelle nanométrique.

Un thermocouple est un appareil électrique composé de deux conducteurs électriques différents formant des jonctions électriques à des températures différentes. Un thermocouple produit une tension dépendante de la température, qui peut être interprété pour mesurer la température. Le micro-thermocouple récemment développé par des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo et leurs collaborateurs est d'une importance majeure pour les chercheurs dans de nombreux domaines. Ce dispositif est constitué d'un thermocouple en or et nickel sur une membrane en nitrure de silicium et est miniaturisé dans la mesure où les électrodes ne font que 2,5 µm de large et la membrane n'a que 30 nm d'épaisseur. Pour qu'un tel système soit utilisé comme dispositif de caractérisation thermique, c'est à dire., un thermomètre, il doit montrer une sensibilité aux changements de température. Le micro-thermocouple développé présentait une réactivité élevée à la chaleur générée par un laser et un faisceau d'électrons. Surtout, de minuscules changements de température ont été mesurés par le thermocouple développé pour les deux types de chauffage.

Un procédé de miniaturisation déjà développé a été utilisé pour préparer le micro-thermocouple, mais des améliorations critiques ont été apportées. Dans la méthode établie, un motif croisé de bandes métalliques de quelques micromètres de largeur est créé, pour qu'un thermocouple soit produit. Les chercheurs de l'Institut de technologie de Tokyo et leurs collègues ont utilisé cette technique pour créer un motif sur une membrane de nitrure de silicium nano-fine, ce qui a amélioré la sensibilité de l'appareil et lui a permis de répondre plus rapidement. Par cette approche, un thermomètre capable de mesurer des changements de température rapides et faibles a été produit avec succès, les mesures étant effectuées à travers la membrane nano-mince en nitrure de silicium.

Comme expliqué ci-dessus, une source de chaleur à l'échelle nanométrique et un détecteur à l'échelle nanométrique sont nécessaires pour un système de microscopie thermique miniaturisé. Ces exigences ont été satisfaites avec succès par les chercheurs, qui a utilisé la membrane nano-fine et un faisceau laser ou d'électrons étroitement focalisé pour créer une source de chaleur d'un diamètre inférieur à 1 m. Donc, combiné avec le détecteur de micro-thermocouple, un système de microscopie thermique à l'échelle nanométrique a été réalisé. Ce système peut être considéré comme une nouvelle "boîte à outils" pour étudier le comportement du transport de la chaleur aux micro et nano-échelles, avec de nombreuses applications importantes dans un large éventail de domaines.