Dr. Jan Jeske: DiLaMag

Derzeit genutzte hochempfindliche Magnetfeldsensoren sind teuer, groß und müssen aufwendig gekühlt werden. Diamant als Lasermedium ist nicht nur neu, sondern potentiell auch ein sehr sensitiver Magnetfeldsensor. Er könnte selbst die schwachen Magnetfelder von Gehirn- und Herzaktivität präziser, günstiger und bei Raumtemperatur messen. Bei der Laserschwellen-Magnetometrie werden sogenannte Stickstoff-Vakanz-Zentren in Diamant genutzt. Diese besonderen Stellen im Diamant emittieren rotes Licht, welches in seiner Intensität von der Stärke des äußeren Magnetfelds abhängt. Im Projekt soll das Konzept umgesetzt werden und so der medizinischen Diagnostik neue Türen öffnen.

Die Messung von Magnetfeldern im menschlichen Körper ist ein wichtiger Teil der medizinischen Diagnostik. Präzise Sensoren messen zum Beispiel die Aktivitäten des Gehirns oder Herzens und ermöglichen bildgebende Verfahren wie die Magnetresonanztomographie, um Krankheiten und Defekte zu erkennen. Die meisten Magnetometer besitzen jedoch keine ausreichende Sensitivität, um die schwachen Signale des Gehirns zu messen. Die üblichen hochempfindlichen Magnetfeldsensoren funktionieren nur bei extremer Kühlung, was ihren Betrieb sehr kostenintensiv und technologisch aufwendig macht. Gezielt eingesetzte Materialdefekte wie die Stickstoff-Vakanz-Zentren in Diamant können hier eine wichtige Alternative sein. Durch neue quantenphysikalische Systeme ergeben sich auch neue Möglichkeiten für hochempfindliche Sensortechnologien wie das Laserschwellen-Magnetometer.

Laserschwellen-Magnetometrie ist ein weltweit neuer Forschungsansatz. Dabei wird die Präzision deutlich erhöht und eine wesentlich höhere Signalstärke und bessere Kontrastwerte erreicht. Theoretische Rechnungen zeigen, dass dies die erreichbare Sensivität in den Bereich der besten Magnetometer bringen könnte. Erste experimentelle Messungen bilden eine vielversprechende Grundlage für die Umsetzung dieses Lasers. Das Ziel des Projektes besteht darin, die Materialeigenschaften von hoch Stickstoff-dotiertem Diamant präziser zu analysieren und weiter zu verbessern, um optimierte Laserkristalle zu erzeugen, Laserschwellen-Magnetometrie entwickeln zu können und letztendlich neue Sensoren in die Anwendung zu bringen.