Temperatuurmetingen in ons dagelijks leven worden meestal uitgevoerd door een thermometer in contact te brengen met het te meten object. Echter, het meten van de temperatuur van objecten op nanoschaal is een veel lastiger taak vanwege hun grootte - tot duizend keer kleiner dan de breedte van een mensenhaar.

Baanbrekend onderzoek, gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , heeft nu een methode ontwikkeld om de oppervlaktetemperatuur van objecten op nanoschaal nauwkeurig te meten wanneer ze een andere temperatuur hebben dan hun omgeving. Een team onder leiding van dr. Janet Anders van de Universiteit van Exeter en professor Peter Barker van het University College London heeft ontdekt dat de oppervlaktetemperaturen van objecten op nanoschaal kunnen worden bepaald door hun schokkerige beweging in de lucht te analyseren - bekend als Brownse beweging.

"Deze beweging wordt veroorzaakt door de botsingen met de luchtmoleculen", zegt Dr. Anders, een kwantuminformatietheoreticus en lid van de afdeling Natuur- en Sterrenkunde aan de Universiteit van Exeter. "We ontdekten dat de impact van dergelijke botsingen informatie bevat over de oppervlaktetemperatuur van het object, en hebben onze waarneming van zijn Brownse beweging gebruikt om deze informatie te identificeren en de temperatuur af te leiden."

De wetenschappers voerden hun onderzoek uit door een glazen nanobol in een laserstraal te vangen en in de lucht te hangen. De bol werd vervolgens verwarmd en het was mogelijk om stijgende temperaturen op nanoschaal waar te nemen totdat het glas zo heet werd dat het smolt. Deze techniek kon zelfs verschillende temperaturen over het oppervlak van de kleine bol onderscheiden.

"Bij het werken met objecten op nanoschaal, botsingen met luchtmoleculen maken een groot verschil", zegt Dr. James Millen van het team van University College London. "Door te meten hoe energie wordt overgedragen tussen nanodeeltjes en de lucht eromheen, leren we veel over beide".

Nauwkeurige kennis van temperatuur is nodig in veel nanotechnologische apparaten omdat hun werking sterk afhankelijk is van temperatuur. De ontdekking informeert ook het huidige onderzoek dat ernaar streeft grote objecten in een kwantumsuperpositietoestand te brengen. Het heeft een verdere impact op de studie van aërosolen in de atmosfeer en opent de deur voor de studie van processen die niet in evenwicht zijn in een gecontroleerde omgeving.

Brownse beweging is vernoemd naar de Schotse botanicus Robert Brown die, in 1827, merkte op dat stuifmeel door water beweegt, zelfs als het water volkomen stil is. Albert Einstein publiceerde in 1905 een artikel dat in detail uitlegde hoe deze beweging het gevolg was van het stuifmeel dat door individuele watermoleculen werd geduwd, uiteindelijk leidend tot de aanvaarding van de atomistische aard van alle materie in de wetenschap.