Quantensprünge der Forschung

Am 28. Juni 2018 fand die jährliche Kuratoriumssitzung des Fraunhofer IAF statt. Die Mitglieder des Kuratoriums, bestehend aus Vertretern aus Industrie, Wissenschaft und Ministerien, informierten sich auch dieses Jahr über aktuelle Forschungsprojekte und -ergebnisse sowie zukünftige Schwerpunkte und die Ziele des Instituts. Getreu dem Motto »Quantensprung« standen neben den herausragendsten Forschungsarbeiten die quantentechnologische Forschung und Entwicklung des IAF im Fokus der eintägigen Veranstaltung. 

Im Volksmund steht ein Quantensprung für etwas Großartiges – physikalisch gesehen ist er jedoch etwas ganz Kleines: Um genauer zu sein, ist er die kleinste mögliche Änderung des Energiezustands eines Teilchens. Der Begriff entstammt der Entdeckung, dass physikalische Systeme auf molekularer Ebene ihre Energie nur in diskreten Schritten ändern können – im Widerspruch zu den bis dato geltenden physikalischen Gesetzen von kontinuierlichen Abläufen. Die beobachteten Quanteneffekte begründen die Quantenmechanik, ohne die es viele Geräte unseres täglichen Lebens nicht geben würde. Dazu gehören der Transistor, der Laser sowie die moderne Elektronik und Kommunikation.

Quantensprünge gibt es aber auch im gesellschaftlichen, persönlichen und beruflichen Sinn. Zur Einstimmung des Themas der Kuratoriumssitzung haben Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des IAF daher ihre persönlichen Assoziationen zu dem Begriff gesammelt:

In der Kuratoriumssitzung zeigten Wissenschaftler des IAF auf, wie die Quantentechnologie unsere Welt verändert hat und sich stetig weiterentwickelt. Sie hat das Potenzial, zu einer neuen Schlüsseltechnologie in Deutschland zu werden und damit dazu beizutragen, bestehende und zukünftige technische Anforderungen unserer Gesellschaft an die Informations-, Kommunikations- und Medizintechnik zu erfüllen. Das Fraunhofer IAF verfügt über eine weitreichende Expertise in der Entwicklung von nanoskaligen Halbleiterstrukturen sowie der Anwendung quantenphysikalischer Effekte. Dazu gehören die Entwicklung der Lumineszenzkonversion als Grundstein für die weiße LED, die Entwicklung spektral durchstimmbarer Quantenkaskadenlaser für die Infrarotspektroskopie ebenso wie die Herstellung von Infrarotdetektoren für die Warnsensorik. Die Entwicklung von Infrarotkameras, die mit jedem einzelnen der etwa 100.000 Pixel zwei unterschiedliche Wellenlängen simultan messen können, ist weltweit einzigartig.

 

Entwicklung neuartiger Quantensensoren


Auch bei der Realisierung neuartiger elektronischer und optischer Bauelemente leistet das Fraunhofer IAF wesentliche Beiträge zur Entwicklung quantensensorischer Systeme. Forscher des Instituts haben einen winzigen Quantensensor aus Diamant entwickelt, um kleinste Magnetfelder bei Raumtemperatur zu ermöglichen. Dieser »kleinste und sensitivste Tastmagnet der Welt« ist nicht nur in der Lage, Speichermedien effizienter zu prüfen und mikro- und nanoelektronische Schaltkreise zu analysieren, sondern auch Gehirnströme bei Raumtemperatur in hoher Auflösung zu messen. Im Rahmen eines Verbundprojektes arbeiten Forscher des IAF daran, die Empfindlichkeit der Magnetresonanztomographie (MRT) mithilfe von diamantbasierten Polarisatoren um das 10.000-Fache zu steigern und damit die Krebsdiagnostik zu revolutionieren. Dank der Quantentechnologie soll Tumorgewebe in Zukunft schneller erkannt und besser vom gesunden Nachbargewebe abgegrenzt werden können.  

Auch am nächsten Quantensprung wird schon geforscht: Durch die Kombination von drei Fähigkeiten des Instituts, bestehend aus Diamantwachstum, Optoelektronik/Laser und Hochfrequenzelektronik, streben die Wissenschaftler des IAF einen weiteren Meilenstein in der Quantensensorik an. Dabei soll durch die Verbindung von Laser- und Quantensystemen eine hochpräzise Sensorik für die Medizintechnik entstehen, die in der Lage ist, kleinste magnetische Aktivitäten des Gehirns und Herzens zu messen und so beispielsweise sogar Defekte bei Ungeborenen zu erkennen.

Bei der Hausmesse nutzten die Kuratoren die Gelegenheit, sich über das breite Forschungsspektrum des Instituts zu informieren. Alle Abteilungen und Geschäftsfelder stellten ihre Projekte und Leistungen vor und zeigten auf, welche Quantensprünge ihnen dabei gelungen sind. Auch die Kuratoren waren eingeladen, ihre Gedanken zu dem diesjährigen Kuratoriumsmotto an einer Ideenwand zu sammeln.Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Fraunhofer IAF freuen sich darauf, die Kuratoriumsmitglieder auch nächstes Jahr wieder am Institut begrüßen zu dürfen und ihnen einen spannenden Einblick in die aktuellen Forschungsaktivitäten zu bieten. 

Weiterführende Informationen

 

Quantensensorik am Fraunhofer IAF

Weiterführende Informationen zum Thema Quantensensorik am Fraunhofer IAF finden Sie unter dem folgenden Link:

Pressemitteilung

Mithilfe der Quantentechnologie soll Tumorgewebe genauer und schneller lokalisiert werden.