ダイヤモンドは、硬度、光沢、「女の子の親友」としての評判など、多くのことで知られています。しかし、宝石には重要な科学的用途もあります。新しい研究は、特定のタイプの人工ダイヤモンドが、時間と空間にわたって比類のない精度でナノスケールの温度プローブとして使用できることを示唆しています.
「この研究は真の進歩だと思います」と、この研究には関与していないマドリッド自治大学の材料科学者 Daniel Jaque は言います。 「これはホットなトピックに関する優れた論文です。」
小さなダイヤモンド プローブは、120 K から 900 K (–153°C から 627°C) の範囲の温度を測定できます。これは、火星の極と同じくらい寒く、金星の表面よりもほぼ 200 度高い温度です。また、5 μm (精子細胞の頭部とほぼ同じサイズ) という短い距離で、800 ピコ秒 (0.0000000008 秒) という短い時間スケールで温度変化を検出することもできます。科学者はプローブの特性を発見しました — Applied Physics Letters の最新号で報告されています —ニッケル前駆体を使用して成長させたダイヤモンドに特有の欠陥の調査に着手したとき。この技術は、ニッケル原子をダイヤモンドの結晶構造に組み込み、いわゆる「S3 欠陥中心」を形成します。他の多くのダイヤモンド欠陥と同様に、S3 センターは、レーザー光のパルスが当たると輝きを放ちます。科学者は、結果として生じるルミネセンスの寿命を使用して、プローブの温度を計算できます。温度が下がると、ダイヤモンドはより長い時間発光します。
発光温度プローブはまったく新しいアイデアではありませんが、S3 欠陥の魅力は、幅広い温度範囲で速度と精度を兼ね備えていることだと、フランスのリヨン大学の材料科学者 Estelle Homeyer は述べています。紙。彼女の共著者であり、分光学者でリヨン大学の Christophe Dujardin 氏は、次のように付け加えています。 /P>
S3 欠陥の優れた汎用性は、2 つの異なるエネルギー準位で励起できる電子構造に由来します。これにより、2 億 7700 万分の 1 秒から約 1000 億分の 1 秒の範囲の寿命を持つ 2 つの別々の波長でルミネセンスが生成されます。この違いにより、ニッケルをドープしたダイヤモンドのルミネッセンスは、温度の変動に対して非常に敏感になります。
研究者たちは、ダイヤモンド プローブは幅広い用途に使用できると述べていますが、Jaque 氏は、ナノスコピックの世界、特に生きている細胞のわずかな温度変動を観察するのに最も役立つのではないかと考えています。しかし、これは実験室での細胞の薄層に限定される可能性があります。これは、ダイヤモンド プローブから発せられる可視光 (かすかな緑色の光) が人間の組織全体にうまく浸透しないためです。 「体に浸透できるのは赤外光だけです。可視光を使ってそれを行うことはできません」とジャックは言います。それでも、ピコ秒の時間分解能でヒト細胞の熱力学をミクロンスケールで観察することは、科学者にとって素晴らしいツールとなるでしょう。
このプローブは材料科学にも応用できる可能性がある、と共著者であるリヨン大学の Gilles Ledoux は言う。特に、2 つの材料間の摩擦を非常に小さなスケールで測定する場合である。しかし、チームは、調査はまだ初期段階にあると指摘しています。まず第一に、科学者は S3 欠陥センターを作る方法を正確に知りません。現在の技術は、ニッケル前駆体を使用してダイヤモンドを成長させ、欠陥が現れることを期待しています。 「どのように準備すればよいかわかりません。多くのダイヤモンドから集めただけですが、[そして] 中にはこのような効果を持つものもあります。長い道のりです」と Dujardin 氏は言います。現在、この技術は 2 の正確な温度読み取り値を提供していますが、より洗練されたアプローチにより、研究者はダイヤモンド粒子のサイズと欠陥の数を標準化し、精度をさらに高めることができるかもしれません.
