Unmittelbares Ziel der Kooperation zwischen Prof. Jörg Wrachtrup (Universität Stuttgart), Prof. Klaus Kern (Max-Planck-Institut) und Christoph Nebel (Fraunhofer IAF) ist die Herstellung von Magnetfeld-Sonden aus Diamantspitzen. Die Detektion von Magnetfeldern erfolgt über ein sogenanntes Stickstoff-Vakanz-Zentrum (NV), das sich etwa 10 Nanometer unter der Oberfläche der Diamantspitze befindet. Die Spitzen sind vergleichbar mit den Sonden eines Rasterkraftmikroskops und können mit hoher Präzision über magnetische Elemente anorganischer oder biologischer Art bewegt werden. Die Identifikation kleinster Magnetfelder mit Diamantsensoren funktioniert wie folgt: In der winzigen Diamantspitze werden zwei benachbarte Kohlenstoffatome entfernt und eine der entstandenen Vakanzen durch ein Stickstoffatom ersetzt. Über die Elektronen des entstehenden Stickstoff-Vakanz-Zentrums können mit der Kernspinresonanz-Spektroskopie (NMR) selbst kleinste magnetische Felder mit einer Auflösung von wenigen Nanometern detektiert werden.
Darüber hinaus ist geplant, die Magnetfeld-empfindlichen NV-Zentren in Diamant-Plättchen anzuordnen, um die Verteilung von magnetischen Momenten zu visualisieren. Das Verfahren ähnelt der klassischen optischen Mikroskopie, wobei das Bild die Verteilung von lokalen Magnetfeldern zeigen soll.
Die Industrie produziert immer dichter beschriebene Festplatten. Aber mit der Datendichte steigt auch die Fehlerquote exponentiell an. Verdoppelt man die Datendichte, verzehnfacht sich die Fehlerrate in der Produktion und der Ausschuss steigt. Oft sind nur einzelne Sektoren der Festplatte fehlerhaft. Mit den neuen Quantensensoren können die einzelnen Datensegmente auf der Festplatte überprüft werden. Anhand der Diamantsensoren erkennen sie, ob ein Magnetfeld anliegt oder nicht. Fehlerhafte Segmente können damit geortet und vom Schreib- und Lesevorgang ausgeschlossen werden.
In Zukunft könnten so die Diamantsensoren in einer Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen zum Einsatz kommen, zum Beispiel in der Biomedizin für den Nachweis von Krankheiten und Giftstoffen oder in der Materialwissenschaft für die Zuverlässigkeits- und Sicherheitsprüfung.
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