04 Dez Laserschwellen-Magnetometrie: Fortschritt in der präzisen Magnetfeldmessung
Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) vermeldet einen Meilenstein in der Quantensensorik. Forschende um Dr. Jan Jeske haben ein Laserschwellen-Magnetometer entwickelt, das NV-Diamant mit einer Laserdiode in einem optischen Resonator kombiniert. NV-Zentren (Stickstoff-Vakanz-Zentren) sind atomare Fehlstellen im Diamantgitter, die auf Magnetfelder reagieren und dabei Licht emittieren. Das Grundkonzept des Laserschwellen-Magnetometers beruht auf einem Laser aus NV-Zentren und nutzt diese Sensitivität, um Magnetfelder von Femto- bis Pikotesla mit höchster Präzision zu messen, ohne Hintergrundfelder unterdrücken zu müssen.
Als Laserschwelle wird jener Punkt bezeichnet, an dem der Laser zu leuchten beginnt beziehungsweise aufhört. Da sich Magnetfelder nahe der Laserschwelle sehr stark auf das Signal auswirken, können sie dort besonders genau gemessen werden. Verglichen mit Fluoreszenzlicht können Lasersignale wesentlich genauer und über einen größeren dynamischen Bereich gemessen werden.
Lukas Lindner und andere Forschende haben das duale NV-Diamant-Lasersystem erstmals demonstriert. Bild: Fraunhofer IAF
Vom Labor zum Exoskelett
Die Technologie ist besonders für medizinische Anwendungen vielversprechend. Sie ermöglicht die präzise Messung biomagnetischer Signale des Gehirns oder Herzens. Im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts NeuroQ wird die Laserschwellen-Magnetometrie in neuronalen Schnittstellen getestet. Diese sollen Hirnsignale an Exoskelette weiterleiten, um es gelähmten Personen zu ermöglichen, Bewegungen mittels Gedanken zu steuern. Das Projekt kombiniert Grundlagenforschung mit praktischer Umsetzung und entwickelt das NV-Diamant-Lasersystem kontinuierlich weiter. Eine Patentanmeldung ist laut IAF in Vorbereitung.
Über die Kombination von NV-Zentren mit einer Laserdiode in einem optischen Resonator konnte das Forscherteam die Laserschwelle erstmals experimentell nachweisen. Je nach Anregung schaltete sich das Lasersystem an oder aus. Die Ergebnisse sollen Möglichkeiten eröffnen, hochpräzise Sensoren mit starkem Kontrast, intensiven Lichtsignalen und einem weiten Messbereich zu entwickeln. Das »NeuroQ«-Konsortium, zu dem unter anderem die Berliner Charité und die Universität Stuttgart gehören, arbeitet daran, diese Technologie zur Marktreife zu bringen.
Das BMBF-Leuchtturmprojekt NeuroQ
Das NeuroQ-Konsortium, bestehend aus Fraunhofer IAF, Charité – Universitätsmedizin Berlin, Universität Stuttgart sowie Industriepartnern, entwickelt hochpräzise Quantensensoren für die medizinische Anwendung: Die Quantensensoren sollen die Hirnaktivität messen und die Signale mithilfe einer Gehirn-Computer-Schnittstelle an ein Exoskelett weiterleiten. Diese Technologie soll es Gelähmten ermöglichen, ein Exoskelett mit ihren Gedanken zu steuern und so einen Teil ihrer Mobilität wiederzuerlangen.
Originalpublikation
[Lukas Lindner et al.: Dual-media laser system: Nitrogen vacancy diamond and red semiconductor laser; Sci. Adv. 10 (2024). DOI:10.1126/sciadv.adj3933]
Quelle und Bild: www.iaf.fraunhofer.de
