Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik in Kooperation mit den Leibniz-Instituten FBH und IHPQuantenmagnetometrie
Die Optimierung komplexer elektronischer Schaltkreise, die Sichtbarmachung einzelner Bits in elektronischen Speichermedien oder ein Blick in die winzigen Magnetfelder von Herz und Gehirn zur Verbesserung der medizinischen Diagnostik – dies wird mit Quantensensorik möglich. Quantensensoren erreichen in der Kombination von räumlicher Auflösung und Empfindlichkeit herausragende Eigenschaften. Verschiedene Sensorprinzipien lassen sich miteinander kombinieren und erlauben sehr kompakte Bauformen bis hin zum vollständigen System.
Als Teilgebiet der Quantensensorik umfasst die Quantenmagnetometrie die Erforschung und Entwicklung atomarer Quantensensoren zur höchstempfindlichen Detektion von Magnetfeldern in biophotonischen und geophysikalischen Anwendungen. Heutige Magnetometer verfügen für viele künftige Applikationen über eine zu geringe räumliche Auflösung oder Sensitivität. Im Fraunhofer Leitprojekt QMag sollen nun Magnetometer weiterentwickelt und für Anwendungen erprobt werden. 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.
Projektseite: https://www.qmag.fraunhofer.de/
Beteiligte in der FMD kooperierende Institute: Fraunhofer IAF und IISB