Termómetros de pocas micras para detectar temperaturas extremas incluso en el espacio

Los termómetros a escala micro y nanométrica en modo remoto son clave en campos como la fotónica, la electrónica, la energía o la biomedicina. Su mayor ventaja es que los sensores no necesitan conexiones para enviar la información de la temperatura.

Uno de los retos para diseñarlos está en que los materiales con los que se fabrican esos sensores cuenten con las propiedades adecuadas para detectar los rangos de temperatura deseados. 

Una investigación liderada por la Universidad Complutense de Madrid (UCM), en colaboración con la Universidad del País Vasco (UPV) y del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid del CSIC, ha creado un termómetro basado en nanohilos de óxido de galio. En este material han diluido pequeñas cantidades de cromo consiguiendo así que sea capaz de detectar rangos de temperatura muy amplios.

Automoción, aviación y espacio

El óxido de galio es un compuesto inorgánico con el que se lleva tiempo investigando para emplearlo en campos como la electrónica y la fotónica de alta potencia y en entornos extremos, como aquellos que reciben altas dosis de radiación y en los que puede producirse un calentamiento local intenso.

Por ello, una aplicación potencial del termómetro desarrollado por la UCM sería el control de la temperatura de ciertos elementos de circuitos electrónicos, tanto en automoción o aviación, como en generación, transmisión, almacenamiento y utilización de energía eléctrica.

“La detección térmica con alta resolución espacial y en un amplio abanico de temperatura es de una gran importancia en estos campos científico-tecnológicos”, explica Emilio Nogales, investigador del grupo de Física de Nanomateriales Electrónicos (FINE) de la UCM. 

“Además, al ser tan estable y resistente en ese amplio rango de temperaturas y a la radiación, podrían aplicarse en el espacio, donde las temperaturas suelen ser extremadamente bajas y sufrir cambios que pueden llegar a ser muy grandes”, predice Nogales.

La idea en la que se basa el sistema de detección propuesto es la combinación de dos fenómenos. Por un lado, las características ópticas de la luminiscencia (emisión de luz) de los iones cromo, muy sensible a la temperatura; y, por otro, las resonancias debidas al confinamiento espacial de esa luz emitida, que también varían con la temperatura.

“La combinación de los dos mecanismos da la posibilidad de abarcar un rango muy amplio de temperaturas con un sistema que tiene dimensiones de unas pocas micras, lo que permite una alta resolución espacial. El margen de error en temperaturas es alrededor de 1º C, comparable al de otros sistemas que se basan en principios de medida diferentes”, detalla Nogales.

Los investigadores estiman que el termómetro podría observar temperaturas de entre 0 kelvin (K), aproximadamente -273º C, y cientos de grados Celsius. Hasta ahora han demostrado la detección hasta unos 275º C, pero posiblemente se podría llegar a valores bastantes más altos. Los resultados de la investigación han sido publicados en la revista científica 'Small'.