Leitprojekt »QMag«

Leitprojekt »QMag« - Quantenmagnetometrie
© Fraunhofer IAF

Quantenmagnetometrie

Präzise Sensoren auf atomarer Ebene

Am 1. April 2019 startete die Fraunhofer-Gesellschaft das Leitprojekt »Quantenmagnetometrie« (QMag): Die Freiburger Fraunhofer-Institute IAF, IPM und IWM wollen die Quantenmagnetometrie aus dem universitären Forschungsumfeld in konkrete industrielle Anwendungen überführen. Im Schulterschluss mit den Fraunhofer-Instituten IMM, IISB und dem Fraunhofer Centre for Applied Photonics CAP entwickelt das Forscherteam hochintegrierte und bildgebende Quantenmagnetometer mit höchster Ortsauflösung und optimierter Empfindlichkeit.

Für die Detektion von sehr kleinen Magnetfeldern zeigen bestehende Magnetometer eine zu geringe Auflösung und Sensitivität. Mithilfe von Quantensensorik will das Fraunhofer-Konsortium »QMag« in den kommenden Jahren zwei neu konzipierte Quantenmagnetometer demonstrieren: Zum einen sollen Stickstoff-Vakanz-Zentren in Diamanten als kleinste Magnetsonden fungieren. Damit wird ein einzelnes atomares System zu einem hochempfindlichen Sensor, der bereits bei Raumtemperaturen betrieben werden kann. Als weiterer Demonstrator soll ein kostengünstiges Sensorkonzept aus verfügbaren Magnetometer-Prototypen entwickelt werden. In ein solches System sollten etwa Kernspinresonanz-(NMR-)Detektoren und optisch gepumpte Alkali-Magnetometer (OPAM) integriert werden. Mit solchen neuartigen Quantenmagnetometern ließen sich beispielsweise mikro- und nanoelektronische Bauelemente zerstörungsfrei prüfen und optimieren. Sogar einzelne Bits in Speichermedien könnten visualisiert werden. Eine neue Dimension der Präzision würde auch für Anwendungen der kontaktfreien Materialprüfung oder der chemischen Prozessanalyse anbrechen.