Wavelength-dependent photothermal imaging probes nanoscale temperature differences among sub-diffraction coupled plasmonic nanorods
虽然等离子体纳米结构的热和电磁特性已经很好地理解，但纳米温度测量仍然提出了实验和理论挑战。等离子体结构可以将电磁能量限制在纳米级，导致局部的、不均匀的、可控的加热。但是使用光学技术以纳米级的精度读出温度是一个困难的挑战。在这里，我们报告的光学测温的个别金纳米棒三聚体，表现出多种波长依赖性的等离子体激元模式，导致可测量的不同的局部温度分布。具体来说，我们演示了光热显微镜如何编码不同的波长依赖的温度分布的光热图像点扩散函数的不对称性。这些点扩散函数的不对称性解释通过同伴的光热图像的数值模拟，以揭示如何不同的热梯度内的纳米棒三聚体可以通过激发其杂化等离子体模式控制。我们还发现，光学暗的混合等离子体激元模式可以通过我们的聚焦激光束照明几何形状在某些光束位置处激发，从而提供了一种额外的途径来修改宽场照明之外的纳米级热分布。总之，这些研究结果证明了一种全光学测温技术，可以在衍射极限以下的纳米级上主动创建和测量热梯度。
2021-03-15 physics.optics
Ultralow-power cryogenic thermometry based on optical-transition broadening of a two-level system in diamond
低温是许多先进科学应用和技术的先决条件。然而，在这个范围内和亚微米尺度上精确测定温度是不平凡的。这是由于低温条件下的温度读数可能由于光学感应加热而不准确。在这里，我们提出了一种超低功耗，光学测温技术，在低温下工作。该技术利用了由两能级系统的共振光致发光测量的依赖于温度的线宽展宽，锗空位色心在纳米金刚石主机中。该技术在5 K时的相对灵敏度为20%1/K。这比任何其他全光学纳米测温方法都要高。此外，它实现了这样的灵敏度，同时采用激发功率只有几十个毫瓦，几个数量级低于其他传统的光学测温协议。为了展示该方法的性能，我们证明了它能够准确地读出在定制的微电路的各个目标位置的温度的局部差异。我们的工作是一个明确的一步，在低温下的纳米光学测温的进步。
2022-11-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nanoscale Fluorescence Thermometry: Probes, Recent Advances and Emerging Directions
University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；The University of Hong Kong（香港大学）；VinUniversity（越南大学）；University of Southern Queensland（南昆士兰大学）
本文综述了荧光纳米热计量的基本机制、材料平台和最新进展，探讨了挑战与未来方向，旨在推动更精确的纳米尺度热计量发展。
2026-04-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Nanometer scale quantum thermometry in a living cell
在现代科学和技术的许多领域中，对纳米尺度上的温度变化进行灵敏探测是一个突出的挑战。特别是，一个能够亚度温度分辨率以及集成在生命系统中的温度计可以为生物研究的许多领域提供一个强大的新工具，包括温度诱导的基因表达控制和疾病的细胞选择性治疗。在这里，我们展示了一种新的方法来纳米测温，利用相干操纵与金刚石中的氮空位（NV）色心的电子自旋。我们展示了在超纯块状金刚石样品中检测温度变化的能力，温度变化可达1.8 mK（灵敏度为9 mK/sqrt（Hz））。利用金刚石纳米晶体（纳米金刚石）中的NV中心，我们直接测量了长度尺度低至200 nm的局部热环境。最后，通过将纳米金刚石和金纳米颗粒引入单个人胚胎成纤维细胞中，我们展示了亚细胞水平的温度梯度控制和映射，从而实现了生命科学中独特的潜在应用。
2013-04-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cross-correlated quantum thermometry using diamond containing dual-defect centers
本文首次提出利用同时含NV中心和SiV中心的金刚石实现交叉验证量子测温，其中SiV全光学方法可免疫磁场等扰动，为复杂环境下的微纳尺度温度测量提供可信方案。
2023-08-09 physics.optics quant-ph
In Situ Photothermal Response of Single Gold Nanoparticles Through Hyperspectral Imaging AntiStokes Thermometry
几个应用领域需要一个可靠的表征的光热响应和散热的纳米系统，这仍然是一个具有挑战性的任务，无论是建模和实验测量。在这里，我们提出了一个新的实施反斯托克斯测温，使在原位光热表征单个纳米粒子（NP）从一个单一的高光谱光致发光共焦图像。该方法是无标记的，适用于任何NP与可检测的反斯托克斯发射，并且不需要任何先验信息的NP本身或周围的媒体。利用它，我们首先研究了玻璃衬底上不同尺寸的球形金纳米粒子的光热响应，浸泡在水中，发现热耗散主要是由大于50 nm的纳米粒子的水为主。然后，通过比较玻璃上的80 nm金纳米颗粒与蓝宝石和石墨烯（两种具有高热导率的材料）的光热响应来研究衬底的作用。对于给定的辐照度水平，纳米粒子在蓝宝石上达到的温度比在裸玻璃上低18%，在石墨烯上达到的温度比在裸玻璃上高24%。高导电材料如石墨烯的存在导致较差的热耗散的事实表明，界面热阻在纳米级系统中起着非常重要的作用，并强调了原位实验测温技术的必要性。所开发的方法将允许解决关于温度在等离子体辅助应用中的作用的几个开放性问题，特别是那些在复杂的矩阵和环境中存在任意形状的NP的应用。
2021-08-24 physics.app-ph physics.optics
Real-time ratiometric optical nanoscale thermometry
全光学纳米测温技术已经成为一种强大的、非侵入性的工具，用于测量从医学到纳米光学和固态纳米器件等应用中的纳米级温度。任何候选纳米温度计的关键特征是灵敏度和分辨率。在这里，我们展示了一种实时的，基于金刚石的纳米测温技术，其灵敏度和分辨率远远大于任何现有的全光学方法。我们的方法的独特性能源于两个因素。首先，温度传感器纳米金刚石共同拥有两个IV族色心，设计成在单个激光源的激发下发射光谱分离的斯托克斯和反斯托克斯荧光信号。第二，基于滤波光学器件和用于快速读出的高灵敏度光子计数器的并行检测方案。我们通过监测微电路和MoTe2场效应晶体管局部温度的时间变化来证明我们方法的性能。我们的工作奠定了时间分辨温度监测和微，纳米器件，如微流体通道，纳米光子电路和纳米电子器件，以及复杂的生物环境，如组织和细胞的映射的基础。
2021-12-03 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Interaction Between an Optically Levitated Nanoparticle and Its Thermal Image: Internal Thermometry via Displacement Sensing
我们提出并从理论上分析了一个实验，其中在表面前的光悬浮纳米颗粒的位移传感可以用来测量纳米颗粒和其热图像之间的诱导偶极-偶极相互作用。这是通过使用对捕获光透明但对红外辐射反射的表面来实现的，其反射率可以被时间调制。这种偶极-偶极相互作用依赖于由二氧化硅纳米颗粒发射的热辐射，其具有足够的时间相干性以使反射的辐射与偶极的热波动相关。所产生的力比热梯度力强几个数量级，并且对于大于两微米的颗粒到表面的距离，它强烈地取决于纳米颗粒的内部温度。我们认为，使用表面前悬浮纳米颗粒的位移传感作为内部温度计在实验上是可行的。实验访问的内部物理的悬浮纳米粒子在真空中是至关重要的理解的限制，退相干造成目前的努力致力于制备纳米粒子在宏观量子叠加态。
2023-02-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Effusivity-Controlled Interfacial Thermal Transport Revealed by Nanoscale Optical Thermometry
Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Bhopal（印度科学教育研究所博帕尔分校）
利用时间分辨热光学衍射断层扫描技术，发现界面热扩散由热渗透率对比控制，并推导出有效界面扩散率，实验与理论定量吻合。
2026-06-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.chem-ph
Machine Learning Based Optical Thermometry Using Photoluminescence and Raman Spectra of Diamonds Containing SiV Centers
提出利用含SiV中心金刚石的光致发光和拉曼光谱，结合多特征回归算法实现免逐个校准的机器学习光学测温，精度达0.7 K，灵敏度较传统方法提升七倍。
2025-10-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultra-Narrow Linewidth Brillouin Lasers with Nanokelvin Thermometry
超稳激光器是当今一些最先进的科学实验的支柱，能够以尽可能高的精度执行原子光谱和激光干涉测量。随着最近对在实验室之外应用这些系统的兴趣越来越大，如何实现可以达到所需的极窄线宽水平的激光源，但仍然保持足够紧凑和便携以供现场使用，这仍然是一个悬而未决的问题。开发这种理想激光源的关键是激光器必须对短期和长期温度波动不敏感，这最终会加宽激光器线宽并导致激光器中心频率漂移。我们在这里表明，使用一个大的模式体积的光学谐振器，它的作用是抑制谐振器的快速热波动，连同受激布里渊散射（SBS）的光学非线性提出了一个强大的组合，使激光的能力与20 Hz的超窄线宽。为了解决激光器的长期温度漂移问题，我们采用窄布里渊散射线作为测量工具，精确地检测谐振腔温度在85 nK水平的微小变化。这种温度测量所提供的精度为谐振器的稳定性提供了新的可能性，以对抗环境扰动。
2018-10-06 physics.ins-det physics.optics
Laser-induced anti-Stokes fluorescence cooling of ytterbium-doped silica glass by more than 6 Kelvin
固体的激光冷却是在相干激光照射材料时实现的，并且热量通过产生的反斯托克斯荧光提取。在过去的一年中，净固体激光冷却首次在掺镱石英玻璃中在体样品和光纤中得到成功证明。在这里，我们将以前发表的结果提高了一个数量级，并报告了低于环境温度的6K以上的冷却。这一结果是迄今为止我们所知的石英玻璃的固体激光冷却中达到的最低温度。我们提出的细节上进行的实验，使用20 W的激光器在1035 nm波长和温度测量使用热摄像机和差分发光测温技术。
2020-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Laser noise in cavity-optomechanical cooling and thermometry
我们回顾和研究量子和经典波动的作用，在最近的腔光学机械实验，现在已经达到了量子制度（机械声子占有率< 1），使用解决边带激光冷却。特别是，激光噪声加热的机械谐振器和光学转换的机械光谱的形式，修改量子和经典的激光噪声挤压，在各种测量条件下导出。利用这一理论，我们分析了我们最近的基态激光冷却和动态边带不对称实验与纳米光机械晶体谐振器。
2012-10-09 physics.optics quant-ph
Frequency-stable nanophotonic microcavities via integrated thermometry
针对集成光子器件的热扰动难题，提出基于薄膜金属电阻测温的硅基高Q微腔全集成温控方案，实现微腔波长高精度稳定，显著降低DFB激光频率漂移，还可无光电探测稳定孤子Kerr梳。
2025-10-03 physics.app-ph physics.optics
Towards accurate real-time luminescence thermometry: an automated machine learning approach
本文提出用自动化机器学习方法提升稀土掺杂纳米材料发光测温精度，以Nd3+掺杂YAG纳米颗粒光谱为输入，实现比传统方法高5.5倍以上的精度且无需去卷积或物理机制知识，为实时应用开辟了道路。
2023-06-22 physics.ins-det physics.optics
Phonon counting thermometry of an ultracoherent membrane resonator near its motional ground state
宏观力学物体的非高斯量子态的产生是量子信息科学中许多挑战的关键，从退相干的基本测试到量子通信和传感。机械运动的单声子态的预示产生是实现这一目标的一种有吸引力的方式，因为它原则上不受物体大小的限制。在这里，我们展示了一种技术，它允许通过声子计数测量附近的基态的1.5 MHz的微机械振荡器的运动的量子态的生成和检测。我们使用超窄带光学滤波器检测来自中间膜光学机械系统的散射光子，并在运动基态（$\bar{n}=0.23\pm0.02$声子）附近进行拉曼比测温和二阶强度干涉测量。随着有效质量在纳克范围内，我们的系统本身的研究寿命长的非高斯运动状态与一些最重的对象。
2020-05-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Non steady-state thermometry with optical diffraction tomography
本文利用光学衍射层析成像测温技术研究金纳米棒微腔系统的非稳态热场，揭示热导率、腔高和脉冲时长的影响，并展示其在复杂三维热源和动态系统中的测温优势。
2023-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Sensor fusion luminescence thermometry better together
针对单参数发光测温性能受限问题，将传感器融合（SF）统计方法引入发光测温，通过融合多探头或温度特征，有效提升了测量精度与可用温度范围，且兼容多种读出与激发方式。
2024-09-05 physics.app-ph physics.data-an physics.optics
Feedback Cooling and Thermometry of a Single Trapped Ion Using a Knife Edge
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学）；Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；University of Ottawa（渥太华大学）
本文首次通过电子反馈将单个被俘离子冷却至多普勒极限以下，利用荧光成像和刀刃检测实时监测离子运动并生成反馈信号，实现温度测量与冷却。
2026-07-08 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Principle of Entangled-Photon Thermometry for Ultrafast Laser Processing
University of West Bohemia in Pilsen（比尔森西波希米亚大学）
提出一种基于纠缠光子偏振各向异性的量子增强测温方法，结合多层感知机回归网络，实现飞秒激光烧蚀过程中纳秒级热动力学远程、抗背景干扰的高速温度诊断。
2026-06-17 physics.app-ph physics.optics
Single Ultrabright Fluorescent Silica Nanoparticles Can Be Used as Individual Fast Real-Time Nanothermometers
本文提出一种基于比率荧光40纳米二氧化硅颗粒的独立纳米温度计，具有超高灵敏度（11%/K）和优异分辨率，性能大幅超越现有光学纳米温度计，并展示了其在共聚焦显微镜下精确映射温度分布的应用。
2025-03-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
