Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wissenschaftler weisen erstmals Proton-Kern nach

17.10.2014

Wissenschaftlern der Universität Leipzig und der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich ist es gelungen, das Magnetfeld des unvorstellbar winzigen Kerns eines Protons nachzuweisen.

Dafür wurden an der ETH quantenmechanische Effekte genutzt, wie Prof. Dr. Jan Meijer vom Institut für Experimentelle Physik II der Universität Leipzig sagt. "Die Methode erlaubt, das Magnetfeld des Kerns eines einzelnen Wasserstoffatoms in einem Abstand von einem Nanometer nachzuweisen und dessen Ort zu bestimmen. Dabei funktionieren die Sensoren bei Raumtemperatur und sind somit für viele Anwendungen in der Industrie und der Wissenschaft nutzbar", erklärt der Physiker. Die Forscher aus Leipzig und Zürich haben ihre neuen Erkenntnisse in der jüngsten Ausgabe des renommierten Fachmagazins "Science" veröffentlicht.


Das NV-Zentrum (roter Pfeil) kann einzelne kleine Magnetfelder, die durch Protonen -dem Kern des Wasserstoffatoms - produziert werden (blaue Pfeile) auslesen. Die NV-Zentren sollten sich möglichst nahe an der Oberfläche befinden. Mit Mikrowellen und Laser wird der Sensor berührungsfrei ausgelesen.

Foto: Prof. Christian Degen/ETH Zürich

Die Magnetfeldsensoren bestehen aus nur einem Stickstoffatom sowie einer Fehlstelle (NV-Zentrum) im Diamantgitter. Wie die Physiker herausfanden, können die Farbzentren auch sehr nahe der Oberfläche eines Diamanten erzeugt werden. Dadurch lassen sich auch Magnetfelder einzelner Atome auf der Oberfläche detektieren. Diese sogenannten NV-Zentren werden dabei berührungsfrei mit Hilfe von Licht ausgelesen. "Dies macht sie für viele zukünftige Anwendungen einsetzbar. Denn überall in der Praxis, wo Magnetfelder mit extrem hoher Präzision gemessen werden müssen, kann dieser Effekt genutzt werden", sagt Prof. Christian Degen von der ETH.

So sollen durch die neuen Erkenntnisse des deutsch-schweizerischen Forscherteams künftig wesentlich empfindlichere Biosensoren als bisher gebaut werden, wie Meijer erläutert. "Eigentlich arbeiten wir an einem Quantencomputer und versuchen dabei, jede mögliche Störung wie etwa durch das Magnetfeld einzelner Protonen zu vermeiden. In dieser Technik wurden die Störeffekte quasi als Messsignal genutzt", sagt Meijer.

Um einzelne Wasserstoffatome an der Oberfläche eines Diamanten aufzuspüren, mussten die NV-Zentren möglichst nahe an der Oberfläche erzeugt werden. "Gelungen ist dies mit einer speziellen Oberflächenbehandlung und einem sogenannten Implanter. Er erlaubt es, einzelne Atome hochpräzise nur wenige Atomlagen tief zu platzieren", sagt Dr. Sebastien Pezzagna, Physiker der Universität Leipzig. Die Forscher arbeiten nun daran, die Sensoren weiter zu verbessern, um damit einzelne Molekülstrukturen zu analysieren.

Link zur Veröffentlichung.

Doi: 10.1126/science.1259464

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Jan Meijer
Universität Leipzig
Telefon: +49 341 32701
E-Mail: jan.meijer@uni-leipzig.de
   
Prof. Christian Degen
ETH Zürich
Telefon: +41 44 633 2336
E-Mail: degenc@ethz.ch

Susann Huster | Universität Leipzig

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation
12.12.2017 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Einmal durchleuchtet – dreifacher Informationsgewinn
11.12.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Im Focus: Stabile Quantenbits

Physiker aus Konstanz, Princeton und Maryland schaffen ein stabiles Quantengatter als Grundelement für den Quantencomputer

Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer: Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Princeton University sowie der University of Maryland entwickeln ein...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

Hohe Heilungschancen bei Lymphomen im Kindesalter

07.12.2017 | Veranstaltungen

Der Roboter im Pflegeheim – bald Wirklichkeit?

05.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mit Quantenmechanik zu neuen Solarzellen: Forschungspreis für Bayreuther Physikerin

12.12.2017 | Förderungen Preise

Stottern: Stoppsignale im Gehirn verhindern flüssiges Sprechen

12.12.2017 | Biowissenschaften Chemie

E-Mobilität: Neues Hybridspeicherkonzept soll Reichweite und Leistung erhöhen

12.12.2017 | Energie und Elektrotechnik