Wissenschaftlicher Durchbruch: Neuer Quantensensor ermöglicht Messung auf atomarer Ebene

Forschende des Forschungszentrums Jülich und des koreanischen IBS Center for Quantum Nanoscience (QNS) haben einen bedeutenden wissenschaftlichen Fortschritt erzielt. In einer internationalen Kooperation ist es ihnen gelungen, einen Quantensensor zu entwickeln, der winzige magnetische Felder auf atomarer Ebene messen kann. Dies erfüllt einen lang ersehnten Wunsch der Wissenschaft.

Um dieses Ziel zu erreichen, kombinierte das Forschungsteam das Fachwissen der Jülicher Gruppe in der Herstellung und Manipulation einzelner Moleküle mit den Instrumenten und dem methodischen Know-how des koreanischen Teams am QNS. Gemeinsam gelang es ihnen, den weltweit ersten Quantensensor für die atomare Welt zu konstruieren.

Die präzise Messung physikalischer Größen wie elektrischer und magnetischer Felder, die von einzelnen Atomen abgegeben werden, gestaltet sich aufgrund der winzigen Größe der Atome äußerst schwierig. Die Auflösung schwacher Felder einzelner Atome ist nur möglich, wenn das Beobachtungswerkzeug äußerst empfindlich ist und selbst eine ähnliche Größe wie ein Atom aufweist. Ein Quantensensor nutzt quantenmechanische Phänomene wie den Elektronenspin oder die Verschränkung von Quantenzuständen, um äußerst präzise Messungen zu ermöglichen. In den letzten Jahren wurden verschiedene Varianten solcher Sensoren entwickelt, von denen viele eine hohe Empfindlichkeit gegenüber elektrischen und magnetischen Feldern aufweisen. Bisher wurde jedoch angenommen, dass die räumliche Auflösung nicht gleichzeitig bis auf die atomare Ebene erhöht werden kann.

Das Forschungsteam aus Deutschland und Korea hat jedoch einen neuen Ansatz zur Verbesserung der Auflösung gefunden: Sie nutzen ein einzelnes Molekül als Sensor. Dieser neue Quantensensor ermöglicht es, Objekte bis auf wenige Abstände zwischen den Atomen heranzubringen und dabei ihre elektrischen und magnetischen Eigenschaften zu erfassen. Damit liefert der Sensor hochauflösende Bilder von Materialien, vergleichbar mit einem MRT, und setzt einen neuen Standard für die räumliche Auflösung von Quantensensoren.

Der Quantensensor hat das Potenzial, die Erforschung und das Verständnis von Materialien auf ihrer grundlegendsten Ebene zu revolutionieren. Er ermöglicht es, grundlegende atomare Eigenschaften von Materialien von Grund auf zu erforschen und zu verstehen. Zudem eröffnet er völlig neue Perspektiven für die Entwicklung von Quantenmaterialien, die Entdeckung neuer Katalysatoren und die Erforschung des grundlegenden Quantenverhaltens molekularer Systeme, beispielsweise in der Biochemie.

Die Forschungsergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlicht. Der Quantensensor auf atomarer Skala markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Quantentechnologie und wird voraussichtlich erhebliche Auswirkungen auf verschiedenste wissenschaftliche Bereiche haben. Es erfüllt die Forschenden mit Freude zu sehen, wie ihre langjährige Arbeit in der molekularen Manipulation zur Entwicklung dieses bahnbrechenden Quantenbauelements geführt hat. Die Möglichkeiten zur Manipulation auf atomarer Ebene sind unbegrenzt und haben ein enormes technologisches Potenzial.

Schlagwörter: Jülich + QNS + Dr. Taner Esat

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