Quantenmagnetometrie

Messspitze aus Diamant mit eingebautem Stickstoff-Vakanz-Zentrum. Durch neuartige quantenphysikalische Systeme ergeben sich neue Möglichkeiten für hochempfindliche Sensortechnologien wie das Laserschwellen-Magnetometer.
© Fraunhofer IAF
Messspitze aus Diamant mit eingebautem Stickstoff-Vakanz-Zentrum. Durch neuartige quantenphysikalische Systeme ergeben sich neue Möglichkeiten für hochempfindliche Sensortechnologien wie das Laserschwellen-Magnetometer.

Heutige Magnetometer verfügen für viele künftige Applikationen über eine zu geringe räumliche Auflösung oder Sensitivität. Ziel des Fraunhofer-Konsortiums »QMag« ist, Magnetometer weiter zu entwickeln und für Anwendungen zu erproben. Dabei kommen zwei verschiedene, auf Konzepten der Quantentechnologie basierende Magnetometer Prinzipien zum Einsatz: 

Zum einen sollen Stickstoff-Vakanz-Zentren in Diamant genutzt werden, die als kleinste Tastmagneten in einem bildgebenden Rastersondenmagnetometer fungieren. Damit wird ein einzelnes atomares System zu einem hochempfindlichen Sensor, der bereits bei Raumtemperatur betrieben werden kann. Zum anderen kommt ein alternatives Messverfahren zum Einsatz, das die Magnetfeldabhängigkeit der optischen Eigenschaften von Alkali-Atomen (»optisch gepumpte Alkali-Magnetometer«, OPM) nutzt.

Basierend auf Prototypen solcher Magnetometer sollen anwendungsspezifisch kostengünstige, komplette Messsysteme entwickelt werden. Die beiden Messverfahren sind komplementär hinsichtlich höchster Ortsauflösung und extremer Empfindlichkeit, so dass im Ergebnis unterschiedliche neue Anwendungen erschlossen werden können. Mit solchen neuartigen Quantenmagnetometern ließen sich beispielsweise mikro- und nanoelektronische Bauelemente zerstörungsfrei prüfen und optimieren. Sogar einzelne Bits in Speichermedien könnten visualisiert werden. Außerdem wollen wir die Prozess-Kernspinresonanz zur chemischen Prozessanalyse als auch die Streumagnetfeldmessung zur kontaktfreien Materialprüfung erproben und etablieren.

PROJEKTTITEL

QMag - Quantenmagnetometrie

 

LAUFZEIT

2019 – 2024

FÖRDERMITTELGEBER

  • Fraunhofer-Gesellschaft
  • Land Baden-Württemberg

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KOORDINATOR

Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF,
Prof. Dr. Dr. Oliver Ambacher

ZIELE

  • Entwicklung zweier komplementärer Quantenmagnetometer, um kleinste Magnetfelder mit hoher Auflösung und hoher Empfindlichkeit bei Raumtemperatur zu messen
Gefördert von der Fraunhofer-Gesellschaft
Gefördert von der Fraunhofer-Gesellschaft
Gefördert vom Ministerium für Wirtschaft Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg
Gefördert vom Ministerium für Wirtschaft Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg