Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) en hun medewerkers hebben een micrometerbrede thermometer ontwikkeld die gevoelig is voor warmte die wordt gegenereerd door optische en elektronenstralen. en kan kleine en snelle temperatuurveranderingen in realtime meten. Dit nieuwe apparaat kan worden gebruikt om warmtetransport op micro- en nanoschaal te onderzoeken, en in optische microscopie en synchrotronstralingsexperimenten.

Er is dringend behoefte aan een apparaat dat thermisch gedrag op nanoschaal en in realtime kan meten, aangezien deze technologie kan worden toegepast bij de fotothermische behandeling van kanker en bij geavanceerd onderzoek naar kristallen, optisch licht oogsten, enz. Bovendien, een geminiaturiseerd thermisch microscopiesysteem met een warmtebron en detector op nanoschaal is essentieel voor de toekomstige ontwikkeling van transistors van de volgende generatie die zullen worden gebruikt bij het ontwerpen van nieuwe apparaten op nanoschaal.

Een thermokoppel is een elektrisch apparaat dat bestaat uit twee ongelijke elektrische geleiders die elektrische verbindingen vormen bij verschillende temperaturen. Een thermokoppel produceert een temperatuurafhankelijke spanning, die kan worden geïnterpreteerd om temperatuur te meten. Het microthermokoppel dat onlangs is ontwikkeld door wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology en hun medewerkers, is van groot belang voor onderzoekers op veel gebieden. Dit apparaat bestaat uit een goud- en nikkelthermokoppel op een siliciumnitridemembraan en is zo geminiaturiseerd dat de elektroden slechts 2,5 m breed zijn en het membraan slechts 30 nm dik. Om een ​​dergelijk systeem te gebruiken als een apparaat voor thermische karakterisering, d.w.z., een thermometer, het moet gevoelig zijn voor temperatuurveranderingen. Het ontwikkelde microthermokoppel vertoonde een hoge gevoeligheid voor warmte gegenereerd door een laser en een elektronenstraal. belangrijk, kleine temperatuurveranderingen werden gemeten door het ontwikkelde thermokoppel voor beide soorten verwarming.

Een reeds ontwikkeld miniaturisatieproces werd gebruikt om het microthermokoppel te bereiden, maar kritische verbeteringen werden aangebracht. In de gevestigde methode, er ontstaat een kruispatroon van metalen strepen met een breedte van enkele micrometers, zodat er een thermokoppel ontstaat. De onderzoekers van het Tokyo Institute of Technology en hun collega's gebruikten deze techniek om een ​​patroon te maken op een nanodun siliciumnitridemembraan, waardoor de gevoeligheid van het apparaat werd verbeterd en het sneller kon reageren. Door deze aanpak, een thermometer die snelle en kleine temperatuurveranderingen kon meten, werd met succes geproduceerd, waarbij de metingen worden uitgevoerd door het nanodunne siliciumnitridemembraan.

Zoals hierboven uitgelegd, zowel een warmtebron op nanoschaal als een detector op nanoschaal zijn nodig voor een geminiaturiseerd thermisch microscopiesysteem. Aan deze eisen werd met succes voldaan door de onderzoekers, die het nanodunne membraan en een strak gefocuste laser- of elektronenstraal gebruikten om een ​​warmtebron te creëren met een diameter van minder dan 1 m. Dus, gecombineerd met de micro-thermokoppeldetector, een thermisch microscopiesysteem op nanoschaal werd bereikt. Dit systeem kan worden beschouwd als een nieuwe "toolbox" voor het onderzoeken van warmtetransportgedrag op micro- en nanoschaal, met veel belangrijke toepassingen op een groot aantal gebieden.