Вчені сконструювали термометр, здатний вловити різницю температур в живій клітині
 |
| Атом азоту, замінити атом вуглецю в кристалічній структурі алмазу, створює поряд з собою вакансію - «віртуальну молекулу», здатну виступати в ролі сховища інформації. |
Дослідники лише недавно виявили, що температура в різних частинах біологічної клітини може відрізнятися на величину до 0,96 ° С. Японські вчені, доповів про це відкриття, використовували флуоресцентний термометр з просторовим дозволом 200 нм і температурним - в межах 0,18-0,58 ° C (цей параметр змінюється в залежності від зовнішніх умов). Щоб виконати більш точні вимірювання і вивчити термодинамічні процес, що відбувається в живій клітині, дослідники з США розробили нову методику вимірювання «внутрішньоклітинної температури» з дозволом порядку сотих часток градуса. Просторова роздільна здатність їх приладу обмежена тільки розмірами зонда.
Ключовим ефектом, використовуваним для вимірювань, є вплив на флуоресценцію алмазу дефектів його структури. Коли один з атомів вуглецю заміщується атомом азоту, в сусідньому вузлі кристалічної решітки утворюється «дірка» - вакансія. Шість «обірваних» зв`язків по суті створюють віртуальну негативно заряджену молекулу з трьома можливими спінові станами електронів (+1, 0 і -1) - вакансія веде себе, як така молекула. Лазерне випромінювання змушує віртуальну молекулу флуоресцировать.
У деяких випадках ефект розщеплення енергетичних рівнів електронів кристалічним полем призводить до того, що при різних комбінаціях спинив електронів будуть відрізнятися і значення їх енергії на різних енергетичних рівнях - а отже, і частоти флуоресценції. Ця залежність флуоресценції від спина робить «азотні» дефекти алмазів перспективними кандидатами на роль зберігачів кубітів - одиниць квантової інформації. Частота флуоресценції також залежить від температури і параметрів магнітного поля, що укупі з можливістю «зчитувати» дані з окремих вакансій дозволило створити високоточний вимірювальний прилад.
При кімнатній температурі частота випромінювання зменшується приблизно на 74 кГц при збільшенні температури на один градус Кельвіна. При температурі близько 500 К різниця становить вже близько -140 кГц / K. Температурне дозвіл залежить від часу, необхідного для «читання» даних (фактично часу спінової когерентності, яка необхідна для того, щоб не загубилася збережена вакансією інформація). Вчені змогли отримати когерентність спинив протягом більш ніж 80 мікросекунд, домігшись семиразового збільшення чутливості приладу в порівнянні з більш ранніми методами вимірювань.
Одне з чудових властивостей нового датчика - можливість одночасно вимірювати не тільки температуру, але і величину магнітного, електричного поля в таких крихітних системах, як живі клітини або мікрожідкостние пристрою. В якості демонстрації роботи приладу були виміряні температури всередині окремих клітин, що дозволило визначити їх життєздатність.
