Temperatuurmeting op nanoschaal met hoge gevoeligheid is belangrijk voor het onderzoeken van vele fenomenen zoals warmtedissipatie van nano-/micro-elektronica, chemische reacties in nanoliter volume, thermoplasmonica van nanodeeltjes, en thermische processen in levende systemen. Er zijn verschillende thermometrieschema's op nanoschaal geweest, inclusief de op SQUID gebaseerde nanothermometrie, aftasten thermische microscopie, en fluorescentiethermometrie op basis van nanodeeltjes van zeldzame aardmetalen, kleurstoffen, of eiwitten. Echter, deze technieken worden beperkt door verschillende factoren, zoals contactgerelateerde artefacten, fluorescentie-instabiliteit, lage gevoeligheid, of de eis van extreme werkomstandigheden.

De recente ontwikkeling van thermometers op basis van diamanten biedt een veelbelovend alternatief. De spin-resonantiefrequenties van stikstof-leegstand (NV) centra in diamant verschuiven met de verandering van de omgevingstemperatuur. Vanwege de fotostabiliteit van NV-centra en de biocompatibiliteit en hoge thermische geleidbaarheid van het diamantmateriaal, Op diamanten gebaseerde thermometers werden toegepast om de thermische processen in micro-elektronica en live-systemen te volgen. Echter, de gevoeligheid van de op diamant gebaseerde thermometers wordt beperkt door de relatief kleine temperatuurafhankelijkheid van de NV-spinresonantiefrequenties. Dus, er ontstaat het idee van een hybride diamantthermometer, waarbij de temperatuurverandering in de omgeving wordt omgezet in een magnetisch signaal dat wordt gedetecteerd door de NV-centrumspins.

In nieuw onderzoek gepubliceerd in het in Peking gevestigde Nationale wetenschappelijke recensie , wetenschappers aan de Chinese Universiteit van Hong Kong in Hong Kong, China, en aan de Universiteit van Stuttgart in Stuttgart, Duitsland bouwde een ultragevoelige hybride nanothermometer. De hybride nanothermometer was samengesteld uit een enkel NV-centrum in een nanopijler van diamant en een enkel nanodeeltje van een koper-nikkellegering. Het magnetische nanodeeltje werd dicht bij de diamanten nanopilaar geplaatst via nanomanipulatie op basis van atoomkrachtmicroscopie. In de buurt van de Curie-temperatuur van het magnetische nanodeeltje, een kleine temperatuurverandering leidt tot een grote verandering van het magnetische veld vanwege de kritische magnetisatie. Dit thermisch gevoelige magnetische signaal werd vervolgens gemeten door het NV-centrum. De nieuw ontwikkelde hybride nanothermometer heeft een temperatuurgevoeligheid die zo hoog is als een nauwkeurigheid van 76 microkelvin in één seconde meting. Dit is verreweg de meest gevoelige nanothermometer die onder omgevingsomstandigheden werkt.

Gebruikmakend van deze hybride sensor, de wetenschappers volgden de temperatuurveranderingen als gevolg van een laserverwarmingsproces en schommelingen in de omgevingstemperatuur. In aanvulling, ze maten de thermische dissipatie in de buurt van de sensor door extra verwarming met de stroom door een geleidende draad. De ultragevoelige hybride nanothermometer is vooral handig bij het meten van millikelvin-temperatuurvariatie met een hoge temporele resolutie. De nieuwe sensor kan de studie van een breed scala aan thermische processen vergemakkelijken, zoals chemische reacties op nanoschaal, nanoplasmonica, warmteafvoer in nano-/micro-elektronica, en thermische processen in afzonderlijke cellen.