Am Fraunhofer IAF hergestellter ultrareiner Diamant für quantenphysikalische Anwendungen.
Am Fraunhofer Institut für angewandte Festkörperphysik hergestellter ultrareiner Diamant für quantenphysikalische Anwendungen. Bildrechte: Fraunhofer IAF

Quantenmechanik Forscher entwickeln Sensor in Atomgröße

Er ist kaum größer als ein Stickstoff-Atom und soll künftig Festplatten prüfen oder sogar Hirnströme messen: Freiburger Forscher haben einen winzigen Sensor entwickelt. Er sitzt auf einem Diamantkristall.

von Karolin Dörner

Am Fraunhofer IAF hergestellter ultrareiner Diamant für quantenphysikalische Anwendungen.
Am Fraunhofer Institut für angewandte Festkörperphysik hergestellter ultrareiner Diamant für quantenphysikalische Anwendungen. Bildrechte: Fraunhofer IAF

Unsere Elektro-Geräte können immer mehr und werden gleichzeitig immer kleiner. Das beste Beispiel dafür sind unsere Handys: Heutzutage sind das leistungsstarke Computer, doch sie passen eben in unsere Hosentasche. Das funktioniert nur, weil die Bauteile immer kleiner werden und damit auch die Messgeräte.

Modellbauarbeitermännchen auf Festplatte
Bildrechte: colourbox

Betrachten wir eine Festplatte: Die ist mit dem bloßen Auge noch leicht zu sehen. Die magnetischen Bereiche aber, die die Informationen speichern, sind mittlerweile kleiner als ein Grippevirus.
Was aber, wenn man diese winzigen Bereiche messen möchte, beispielswiese um herauszufinden, ob die gewünschten Speicherprozesse auch richtig ablaufen?  Ein Mess-Instrument muss also her, und das muss möglichst klein sein.

Am Fraunhofer Institut für angewandte Festkörperphysik arbeitet man daher an einem Sensor, dessen empfindliche Stelle die Größe hat von einem Stickstoffatom. Hans Joachim Wagner ist Bereichsleiter am Institut:

Der eigentliche Sensor, das heißt der empfindliche Bereich, der hat die Größe von einem Atom, aber der Gesamtsensor ist nicht nur dieses Atom allein, sondern das ist die empfindliche Stelle sozusagen wie die Fingerkuppe am Finger meiner Hand.

Hans Joachim Wagner, Fraunhofer Institut

Diese empfindliche Stelle, der Forscher spricht von einem atomartigen Defekt, ist eingebaut in einen Diamantkristall.

Und das können Sie sich vorstellen wie früher die Abtastnadel vom Plattenspieler, der ja auch eine Diamantspitze war. In so eine Diamantspitze können wir den atomartigen Defekt als Sensor einsetzen. Und damit sehr nah an das zu untersuchende Objekt ran bringen und da sozusagen drüberfahren, um die Information zu bekommen, die Verteilung vom Magnetfeld.

Hans Joachim Wagner

Quantensensoren könnten auch Hirnströme messen

Der Sensor arbeitet mit Licht: Trifft er auf einen Magneten, verändert sich seine Art Licht auszusenden. Mal ist es intensiv, mal weniger stark: Die Forscher können dann auf den Nanometer genau rückschließen, wo sich das Magnetfeld befindet und auch wie stark es ist. So finden sie heraus, ob die kleinen Speicherelemente der Festplatte richtig funktionieren.

Eine Genauigkeit, die nicht nur bei Computer-Festplatten gefragt ist: Auch wie etwas in unserem Gehirn abläuft, kann mit dem Sensor noch genauer gemessen werden. Schließlich werden unsere Gedanken im Hirn über Elektronen weitergegeben. Wo Elektronen fließen, gibt es auch Magnetfelder. Mit dem Sensor könnte man also auch zeigen, welche Bereiche bei bestimmten Gedanken oder Gefühlen aktiv sind.

Vision wäre, dass ich denke und das wird sofort ausgelesen und sofort in eine Aktion einer Maschine, eines Computers umgesetzt. Das würde ich jetzt aber hier nicht voranstellen wollen. A: ist der technische Weg noch sehr weit dorthin und B: sind auch bestimmte ethische Fragen zu berücksichtigen.

Hans Joachim Wagner

Jetzt stehen für die Freiburger Forscher aber erstmal andere Aufgaben an. Das gesamte Messgerät, in das der Sensor mitsamt Diamant eingebunden ist, muss robuster, schneller und vor allem transportabel werden. Schließlich soll er raus aus dem Freiburger Labor und soll Festplatten überprüfen und Hirnströme messen.

Dieses Thema im Programm: MDR AKTUELL | Radio | 04. Januar 2017 | 05:54 Uhr

Zuletzt aktualisiert: 04. Januar 2018, 14:01 Uhr