过渡金属硫化物单层的反斯托克斯荧光热力学测温

在纳米尺度上准确的温度映射是现代科学与技术中的一个关键挑战，因为常规方法在这些尺度上无法实现。为此，我们展示了一种利用反斯托克斯光致发光（也称为光致发光上转换）实现的高度灵敏纳米热仪器，该仪器应用于单层钨基亚硫化物（$\mathrm{WS_2}$）。凭借二维单层中的直接带隙和强致胞态-声子耦合，我们实现了在 300 K 到 425 K 范围内超过 $4\%\,\mathrm{K}^{-1}$ 的卓越相对灵敏度，这位于报告的材料中名列前茅。观察到强烈的共振增强型上转换荧光，确认光子在上转换机制中的核心作用。此外，我们引入了新的解析模型来定量描述 UPL 过程，考虑声子分布、带隙变窄和基片效应的相互作用，预测共振温度并为具有反斯托克斯光致发光响应的任何材料提供了广泛适用的框架。为证明其作为高分辨率光热仪器的用途，我们在 $20\,\mu\mathrm{m}$ 长的单层材料上绘制了 $20\,\mathrm{^{\circ}C}$ 的热力学梯度，空间分辨率为 $1\,\mu\mathrm{m}$。凭借其高灵敏度、强信号和优异可重复性，我们的工作确立了单层过渡金属硫化物作为先进微电子和生物系统中非侵入式热感测平台的领导地位。