Einzelnes Atom als Magnetsonde

  • 17. June 2016

Neues Magnetometer ermöglicht empfindlichere Messungen als je zuvor.

An der Universität Siegen ist am Lehrstuhl für Experi­mentelle Quanten­optik eine Welt­neuheit erforscht worden. Die Forscher­gruppe um Christof Wunder­lich hat, gemeinsam mit Forschern aus Ulm und Jerusalem, ein neues Verfahren für ein ultra-empfindliches Magneto­meter entwickelt und erstmalig experimen­tell demonstriert. Es wurde gezeigt, dass mit Hilfe dieses Verfahrens empfind­lichere Messungen als je zuvor mit einem einzelnen Atom als Sensor möglich sind. Magne­tische Felder können somit wesentlich genauer untersucht werden.

Magnetometerprinzip‬‬

Abb.: Messprinzip des extrem empfindlichen Magnetometers. (Bild: Univ. Siegen)

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‬Dieses Ergebnis aus der experi­mentellen Quanten­optik spielt für Präzisions­messungen eine entscheidende Rolle und könnte zu neuen Ent­deckungen führen. Bisher ist die Messung elektro­magnetischer Felder mit extremer Empfind­lichkeit wichtig in verschie­denen Teil­disziplinen der Physik und auch in den Lebenswissenschaften. Doch der Frequenz­bereich üblicher Magneto­meter ist begrenzt, noch dazu versagen diese häufig außerhalb einer speziell geschützten und gekühlten Umgebung.

Das Magneto­meter, das Wunderlich und sein Team entwickelt haben, kann dagegen in einem Frequenz­spektrum noch nie dage­wesener Breite arbeiten und ist robust gegenüber magne­tischen Störungen. Diese reduzieren sonst die Empfind­lichkeit der Sensoren. Die Empfindlichkeit des neuen Verfahrens liegt mit 4.6 pT Hz  für ein mit einer Frequenz von 14 MHz alternierenden Magnetfeld nah am Standard-Quantenlimit.

Das Siegener Konzept sollte nach Aussage der Forscher übertragbar sein auf bereits existierende Magnetfeldsensoren, die in den Lebenswissenschaften zur Untersuchung der Funktion von Zellen oder Proteinmolekülen eingesetzt werden. Diese Sensoren könnten dank des neuen Verfahrens nun noch empfindlicher messen.

U Siegen / JOL‬‬‬

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