Stuttgarter Physiker detektieren Farbstoffzentren im Nanometerbereich

Diamanten enthalten natürliche Defekte ihrer Kristallstruktur, die man als
Farbstoffzentren bezeichnet.
Physiker des 3. Physikalischen Instituts der Universität Stuttgart, der Universitäten Konstanz und Kiel sowie Kollegen aus Massachusetts und Texas verwendeten erstmals einzelne Elektronenspins dieser Farbstoffzentren für die Bildgebung mit hoher örtlicher Auflösung sowie für ein hochempfindliches Messverfahren. Die Zeitschrift Nature berichtet darüber in ihrer Ausgabe vom 2. Oktober.*)

Die Elektronenspins in diesen Farbstoffzentren besitzen einzigartige Eigenschaften, die mit Licht gemessen und verändert werden können. Die Forschergruppe konnte in diesen Spins nun erfolgreich einzelne Farbstoffzentren mit einer örtlichen Genauigkeit im Nanometerbereich detektieren. Damit sind ihnen die ersten Schritte hin zu einem neuen, hoch empfindlichen Bildgebungsverfahren gelungen.

Die Wissenschaftler schlagen vor, dass nanometergroße Diamantkristalle mit einzelnen Farbstoffzentren als Marker in bildgebenden Magnetresonanzverfahren (MRI) eingesetzt werden könnten. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit liegt in der Detektion äußerer Magnetfelder mit einer Empfindlichkeit, die ausreichend ist, um einzelne Kernspins bei Raumtemperatur zu detektieren. Dies könnte – im erfolgreichen Fall – zur Auflösung der Struktur einzelner Proteine führen.

Da das Verfahren auch bei Raumtemperatur funktioniert, versprechen sich die Wissenschaftler ein breites Spektrum an künftigen Anwendungen in den Bereichen Biologie und Medizin. So sollen die neuen Aufnahmetechniken beispielsweise bis zur Strukturanalyse von Proteinen erweitert werden. Die Forschungsarbeiten wurden von der Europäischen Union, der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) sowie der Landesstiftung Baden-Württemberg mit insgesamt rund 1,6 Millionen Euro auf drei Jahre unterstützt.

*) Gopalakrishnan Balasubramanian, I.Y. Chan, Roman Kolesov, Mohannad Al-Hmoud, Julia Tisler, Chang Shin, Changdong Kim, Aleksander Wojcik, Philip R. Hemmer, Anke Krueger, Tobias Hanke, Alfred Leitenstorfer, Rudolf Bratschitsch, Fedor Jelezko und Jörg Wrachtrup: Nanoscale imaging magnetometry with diamond spins under ambient conditions, Nature, 2 October 2008, Vol. 455, Issue 7213, doi10.1038/nature07278, http://www.nature.com

Weitere Informationen bei Prof. Jörg Wrachtrup, 3. Physikalisches Institut,
Tel. 0711/685-65278, e-mail: wrachtrup@physik.uni-stuttgart.de, sowie bei Dr. Fedor Jelezko, Tel. 0711/685- 65276, e-mail: f.jelezko@physik.uni-stuttgart.de