Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quanten-Sensoren zur hochpräzisen Magnetfeldmessung an Supraleitern

03.05.2016

Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institute und des Departement Physik der Universität Basel haben eine neue Methode vorgestellt, mit der sie zum ersten Mal bei Temperaturen nahe des absoluten Nullpunktes Magnetfelder auf der Nanometerskala abbilden konnten. Sie nutzten dabei besondere Diamanten als Quantensensoren in einem neuartigen Mikroskop, um Bilder von Magnetfeldern in Supraleitern in bisher unerreichter Auflösung zu generieren. Die Forscher können damit Messungen vornehmen, die neue Erkenntnisse in der Festkörperphysik erlauben, berichten sie in «Nature Nanotechnology».

Die Gruppe von Georg-H. Endress-Professor Patrick Maletinsky erforscht bereits seit einigen Jahren sogenannte Stickstoff-Vakanzzentren (NV-Zentren) in Diamanten, um diese als hochpräzise Sensoren einzusetzen.

Die NV-Zentren sind natürliche Defekte im Kristallgitter von Diamanten. Die darin enthaltenen Elektronen lassen sich anregen und manipulieren und reagieren empfindlich auf elektrische und magnetische Felder in ihrer Umgebung. Dabei ist es der Eigendrehimpuls (Spin) der Elektronen, der sich in Abhängigkeit der Umgebung verändert und mithilfe verschiedener Messmethoden erfassen lässt.

Maletinsky und seinem Team ist es gelungen, einzelne dieser NV-Spins an Spitzen von Rasterkraftmikroskopen zu platzieren, um damit auf der Nanoskala Magnetfelder abzubilden. Bislang wurden solche Analysen bei Raumtemperatur durchgeführt.

Zahlreiche Einsatzgebiete verlangen jedoch Untersuchungstemperaturen nahe des absoluten Nullpunkts. So entfalten beispielsweise supraleitende Materialien ihre besonderen Eigenschaften erst bei sehr tiefen Temperaturen um -200°C. Sie leiten dann elektrischen Strom ohne Verluste und können mit der Ausbildung von sogenannten Vortices exotische magnetische Eigenschaften entwickeln.

Erstmals bei Temperaturen nahe des absoluten Nullpunktes

In der vorliegenden Arbeit haben die Wissenschaftler nun erstmals das neuartige Mikroskop unter kryogenen Bedingungen bei Temperaturen von etwa 4 Kelvin (-269,15 °C) erfolgreich eingesetzt. Sie konnten magnetische Streufelder von Vortices in einem Hochtemperatur-Supraleiter mit einer bislang unerreichten Genauigkeit darstellen.

Die resultierende örtliche Auflösung von 10 Nanometern ist um ein bis zwei Grössenordnungen besser als bei alternativen Methoden. Dies erlaubt erstmals eine genaue quantitative Analyse, beispielsweise eine eindeutige Bestimmung der magnetischen Eindringtiefe der supraleitenden Probe – eine der fundamentalen Grössen, die einen Supraleiter charakterisieren.

«Unsere Resultate sind nicht nur für die Quantensensorik und die Supraleitung von Relevanz», kommentiert Patrick Maletinsky die Arbeit. «Auf lange Sicht werden sie auch Einfluss auf die Festkörperphysik nehmen und mit einer weiteren Verbesserung der Sensitivität können sogar Anwendungen in der Biologie in den Fokus rücken.»

Originalbeitrag
L. Thiel, D. Rohner, M. Ganzhorn, P. Appel, E. Neu, B. Müller, R. Kleiner, D. Koelle and P. Maletinsky
Quantitative nanoscale vortex imaging using a cryogenic quantum magnetometer
Nature Nanotechnology (2016), doi: 10.1038/nnano.2016.63

Weitere Auskünfte
Prof. Patrick Maletinsky, Universität Basel, Departement Physik, Tel. +41 61 267 37 63, E-Mail: patrick.maletinsky@unibas.ch

Weitere Informationen:

https://www.unibas.ch/de/Aktuell/News/Uni-Research/Quantensensoren-zur-hochpraezisen-Magnetfeldmessung-an-Supraleitern.html

Reto Caluori | Universität Basel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Waschen für die Mikrowelt – Potsdamer Physiker entwickeln lichtempfindliche Seife
02.12.2016 | Universität Potsdam

nachricht Quantenreibung: Jenseits der Näherung des lokalen Gleichgewichts
01.12.2016 | Forschungsverbund Berlin e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie