Einzelnes Atom als Magnetsonde
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.
Abb.: Messprinzip des extrem empfindlichen Magnetometers. (Bild: Univ. Siegen)
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 -½ 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
