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FP7

DIADEMS Ergebnis in Kürze

Project ID: 611143
Gefördert unter: FP7-ICT
Land: Frankreich

Magnetfelder bis auf den Nanometerbereich messen

EU-finanzierte Wissenschaftler entwickeln neuartige Magnetometer, die Messungen bis auf die atomare Ebene möglich machen. Hierdurch wird der Weg für wesentliche Fortschritte in zahlreichen Wissenschaftsgebieten geebnet.
Magnetfelder bis auf den Nanometerbereich messen
Die Möglichkeit, Magnetfelder genau messen zu können, ist für eine Vielzahl wissenschaftlicher Untersuchungen von entscheidender Bedeutung, seien es Hirnscans und die Informatik, die Detektion unterirdischer Rohstoffe wie Öl und Gas oder die Kartierung archäologischer Standorte.

Im Rahmen des auf vier Jahre ausgelegten EU-finanzierten Projekts DIADEMS wird daran gearbeitet, die aktuelle Technologie zur Erkennung von Magnetfeldern voranzubringen, um diese bis auf den kleinstmöglichen Maßstab – den Nanometerbereich – noch genauer zu machen.

Ein Diamanten-basierter Magnetometer

Im Wesentlichen werden über DIADEMS winzige Sensoren entwickelt, die sehr schwache Magnetsignale entdecken. Hierfür ersetzen Wissenschaftler ein einzelnes Kohlenstoffatom in einem ultrareinen Einkristalldiamanten durch ein Stickstoffatom, während eine benachbarte Gitterstelle leer bleibt – hierdurch entsteht ein Stickstoff-Leerstellen (Nitrogen Vacancy, NV)-Zentrum.

Bei NV-Zentren handelt es sich um atomartige Festkörperstrukturen mit intrinsischen magnetischen Eigenschaften, welchen den Gesetzen der Quantenmechanik unterliegen und die sich ausgezeichnet für die Entwicklung hochsensitiver Magnetometer für die atomare Ebene eignen. „Das von uns entwickelte Verfahren bedeutet, dass es möglich ist, die Ausrichtung von NV-Zentren in dem Kristall zu steuern, dieses Verfahren ist relativ neu“, erklärt Dr. Thierry Debuisschert von Thales SA (eine große französische Gruppe im Bereich Maschinenbau und Elektronik), der Projektkoordinator des DIADEMS-Projekts.

Im Rahmen von DIADEMS werden im Labor unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen hergestellte Diamanten eingesetzt. Wissenschaftler stellen das NV-Zentrum in den Diamanten unter äußerst anspruchsvollen Bedingungen her. Im Anschluss daran sind die NV-Zentren allerdings für eine Verwendung unter Raumtemperatur bereit. Dies bedeutet, dass die Markteinführung sobald die Technologie bereit ist einfacher sein wird als bei Technologien, die für den Betrieb auf bestimmte Bedingungen wie etwa superkalte Temperaturen angewiesen sind.

Kompakte Sensoren für die Bereiche Biologie, Informatik und Bergbau

Das Projekt zielt auf die Entwicklung magnetischer Bildgeber für ein weites Feld ab, mit denen es möglich ist, präzise Messungen zu Magnetfeldern durchzuführen. Das Projekt visiert ebenfalls die Entwicklung von einem Rastersondenmagnetometer und von Sensorköpfen mit einer sehr genauen Auflösung an.

„Es handelt sich um Sensoren für die atomare Ebene, die lokalisierte Messungen in einem Bereich von zehn Nanometern ermöglichen. Sie verfügen zudem über eine gute Sensitivität. Wir gehen davon aus, kompakte, sensitive, benutzerfreundliche Sensoren herstellen zu können, die in Gebieten wie der Biologie, der magnetischen Speicherung und dem Bergbau genutzt werden können“, so Dr. Debuisschert.

Durch Anwendung dieser Techniken werden Forscher letztlich in der Lage sein, genau zu überwachen, was sich auf der molekularen und atomaren Ebene abspielt. Dies eröffnet unter Umständen vielfältige Anwendungsbereiche. In Zukunft könnten Wissenschaftler mit dieser Technologie über die Beobachtung von Veränderungen beim Spin von Elektronen in der Lage sein, zu sehen, wie Moleküle bei chemischen Reaktionen reagieren. Die im Zuge des Projekts entwickelten Techniken könnten ebenfalls zu kleineren und schnelleren Speicherträgern mit einer höheren Dichte zur Verwendung im Informatik-Bereich führen (durch die Anwendung von Quantenverfahren sind Wissenschaftler dazu in der Lage, die Größe der magnetischen Domänen, in denen die Informationen gespeichert werden, zu reduzieren). Die Technologie könnte zur Analyse mikroelektronischer Schaltkreise verwendet werden, die in Smartphones Anwendung finden. Schließlich könnte die Technologie Wissenschaftlern außerdem ermöglichen, die durch neuronale Aktivitäten im Gehirn erzeugten Magnetfelder zu untersuchen. Hierdurch könnten Wissenschaftler letztlich ihr Wissen über neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer vertiefen.

„Diese Technologie ist hochmodern, da Messungen durchgeführt werden, die mit anderen Verfahren nicht möglich sind. Das Magnetresonanzsignal eines einzelnen Moleküls kann überwacht und die lokale Temperatur eines Objekts im mikrometrischen Maßstab gemessen werden“, so Debuisschert weiter.

Nichtsdestotrotz befindet sich die Entwicklung dieser fortschrittlichen Verfahren noch in der Labor-basierten Frühphase. Obwohl dies nicht Bestandteil des Projekts ist, betont Dr. Debuisschert, dass „ein weiterer wichtiger Schritt in der Entwicklung von Anwendungen außerhalb des Labors“ bestehe.

Weitere Informationen sind abrufbar unter: DIADEMS-Projektwebseite.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Information and Media

Schlüsselwörter

DIADEMS, Diamanten, magnetische Messungen, Sensoren, Hirnkartierung, Berechnung, ICT, Quanten
Datensatznummer: 182749 / Zuletzt geändert am: 2016-05-12
Bereich: Industrielle Technologien