Dr. Elke Neu: DiaNanoRa
Was haben Diamant und ein Kompass gemeinsam? Beide können magnetische Felder vermessen. Im Projekt „DiaNanoRa“ erforscht die Gruppe von Frau Dr. Neu, wie winzige Verunreinigungen in Diamant als „Nano-Kompass“ genutzt werden können. So möchte das Team um die Nachwuchswissenschaftlerin zukünftig neue Einblicke in die Vorgänge in der Zelle gewinnen.
Magnetische und elektrische Felder sind von großer Bedeutung in Wissenschaft und Industrie. Sie räumlich genau und präzise zu messen, hilft eine Vielzahl mikroskopischer Prozesse zu verstehen. Technologien und Materialien in der Physik, den Ingenieur-, Material- und Lebenswissenschaften können so weiter entwickelt werden. Magnetische Felder entstehen nicht nur in elektronischen Schaltkreisen sondern auch in lebenden Organismen, wenn Zellen kommunizieren.
Um auf den Nanometer genau „abtasten“ zu können, müssen die Sensoren sub-Nanometer, d.h. atomar, klein sein. Hier kommen winzige Abweichungen im Kristall wie im Kristallgitter eingebaute Verunreinigungen, die man auch Farbzentren nennt, ins Spiel. Ihre Elektronen sind selbst winzige Magnete und sie reagieren hochempfindlich auf magnetische oder elektrische Felder. Ausgewählte Farbzentren zeigen eine sogenannte Spin-abhängige Fluoreszenz. D.h. je nachdem wie ihre internen Magnete ausgerichtet sind, leuchten sie heller oder dunkler in einem Laserstrahl. So lässt sich der Nanokompass berührungslos „ablesen”.
Um die angestrebte Genauigkeit im Nanometerbereich zu erreichen, werden die Farbzentren in eine Art Spitze eingebracht. Mit diesen Sonden werden die Proben abgetastet. Dabei darf das Farbzentrum nur wenige Nanometer von der Probe entfernt sein. Frau Dr. Neu und ihr Team arbeiten daran diese Sonden aus hochreinem, synthetischen Diamant zu formen. Dies stellt eine große Herausforderung dar, da Diamant sehr beständig und schwer zu prozessieren ist. Zylinderförmige Diamant-Nanodrähte bilden die eigentlichen Sonden. Diese Drähte lassen sich ähnlich einer Glasfaser nutzen, um das Licht zum Auslesen der Farbzentren einzufangen. Mit den Sonden untersucht die Nachwuchsgruppe um Frau Neu zunächst Systeme, die für die Lebenswissenschaften relevant sind, z.B. metallische Nanopartikel. Darüber hinaus können die Sonden auch fluoreszierende Moleküle erspüren und diese nachweisen. In dem Projekt soll gezeigt werden, dass biokompatible, stabile Sonden neuartige Abbildungen in den Lebenswissenschaften möglich machen.
Nachwuchsgruppenleiterin Dr. Elke Neu
Frau Dr. Elke Neu studierte Physik mit Schwerpunkt Experimentalphysik und Quantenoptik an der Technischen Universität Kaiserslautern. Nach Abschluss des Diploms 2006 promovierte sie mit summa cum laude an der Universität des Saarlandes in Physik zum Thema der Erzeugung einzelner Lichtteilchen mit Farbzentren in Diamant. Als PostDoc an der Universität Basel (Nov. 2012 – Jan. 2015) sammelte sie erste Erfahrungen auf dem Gebiet der Sensorik mit Farbzentren. Seit Februar 2015 leitet sie eine „NanoMatFutur“-Nachwuchsgruppe, die sich mit der Erforschung Diamant-basierter Sensoren für die Lebenswissenschaften beschäftigt.