Der „Journal Club“ von IQT ist eine wöchentliche Artikelserie, die eine aktuelle Forschungsarbeit zur Quantentechnologie aufschlüsselt und deren Auswirkungen auf das Quantenökosystem diskutiert. In diesem Artikel befassen wir uns mit der Diamantmikroskopie. 

Im Bereich der Quantentechnologie sorgt ein neuer Fortschritt für Aufsehen. Wissenschaftler haben mit einem einzigartigen Diamantmerkmal namens Nitrogen-Leerstellen-Zentren (NV) gearbeitet. Diese mikroskopisch kleinen Diamantfehler haben eine überraschende Fähigkeit: Sie können Magnetfelder mit unglaublicher Präzision erkennen. In einem neuen Artikel veröffentlicht in AVS Quantenwissenschaft, Forscher der University of Maryland untersuchten diese Zentren innerhalb des Diamanten, um die mikroskopische Bildgebung zu verbessern.

Das Quantendiamantmikroskop: Ein bahnbrechendes Werkzeug

Das Quantum Diamond Microscope (QDM) nutzt diese NV-Zentren, um Bilder von Magnetfeldern zu erstellen. Dies ist nicht irgendein Mikroskop. Es handelt sich um ein bahnbrechendes Werkzeug, das auf Quantenebene arbeitet und in der Lage ist, magnetische Details zu erfassen, die für herkömmliche Bildgebungsmethoden unsichtbar sind. Es kombiniert eine hochauflösende Sicht über einen großen Bereich mit der Empfindlichkeit, extrem subtile magnetische Signale zu erkennen.

In dieser Studie kombinieren die Forscher die Fähigkeiten von QDM Ramsey-Protokoll mit dem QDM. Das Ramsey-Protokoll ist eine hochentwickelte Methode der Quantenphysik, um das Magnetfeld genauer zu messen. Durch die Kombination mit dem Diamantmikroskop haben Wissenschaftler dessen Empfindlichkeit und Gleichmäßigkeit bei der Erfassung magnetischer Signale erheblich verbessert.

Das verbesserte QDM kann nun Magnetfelder mit einer noch nie dagewesenen Klarheit und Präzision abbilden. Dies hat weitreichende Auswirkungen auf verschiedene Bereiche – vom Verständnis der magnetischen Eigenschaften von Materialien in der Physik bis zur Erforschung biologischer Prozesse in den Biowissenschaften. Dies könnte beispielsweise zu besseren Erkenntnissen darüber führen, wie Zellen elektrisch kommunizieren medizinische Forschung. In der Materialwissenschaft könnte dies zu einem tieferen Verständnis magnetischer Materialien führen und möglicherweise Auswirkungen darauf haben, wie wir Daten speichern oder Strom erzeugen.

Die Zukunft: Die Horizonte der magnetischen Bildgebung erweitern

Je weiter wir voranschreiten, desto umfangreicher werden die potenziellen Anwendungen dieser verbesserten Diamantmikroskop-Technologie. Forscher könnten damit den Biomineralisationsprozess untersuchen – wie lebende Organismen Mineralien produzieren – oder die Aktivität elektrisch aktiver Zellen wie Neuronen und Muskeln in Echtzeit beobachten. Dies könnte neue Türen in der Neurowissenschaft öffnen und uns helfen, die komplizierten Funktionsweisen des Gehirns zu verstehen.

Kenna Hughes-Castleberry ist geschäftsführende Redakteurin bei Inside Quantum Technology und Wissenschaftskommunikatorin bei JILA (einer Partnerschaft zwischen der University of Colorado Boulder und NIST). Zu ihren schriftstellerischen Schwerpunkten zählen Deep Tech, Quantencomputing und KI. Ihre Arbeiten wurden unter anderem in Scientific American, Discover Magazine, New Scientist und Ars Technica vorgestellt.

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• Quelle: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/iqt-journal-club-a-guide-to-diamond-microscopy-with-enhanced-imaging/