In einer bahnbrechenden Leistung haben Forscher der Universität Cambridge einen Quantensensor aus hexagonalem Bornitrid (hBN) vorgestellt. Dieser innovative Sensor verspricht, die Magnetfeldmessung im Nanobereich zu revolutionieren und beispiellose Bildgebungsmöglichkeiten zu eröffnen. Die in Nature Communications veröffentlichte Entdeckung markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Quantentechnologie.
Der hBN-basierte Sensor kann Magnetfelder im Nanobereich in mehreren Richtungen detektieren und bietet einen größeren Dynamikbereich als frühere diamantbasierte Sensoren. "Quantensensoren ermöglichen es uns, nanoskalige Variationen verschiedener Größen zu erfassen", erklärte Dr. Carmem Gilardoni, Co-Erstautorin der Studie. "Diese Arbeit hebt diese Fähigkeit mit hBN auf die nächste Stufe, einem Material, das nicht nur mit Nanoanwendungen kompatibel ist, sondern auch neue Freiheitsgrade bietet."
Im Gegensatz zu diamantbasierten Sensoren, die Einschränkungen bei der Detektion von Magnetfeldern entlang einer einzigen Achse aufweisen, überwindet der hBN-Sensor diese Herausforderungen. Die Forscher fanden heraus, dass der große Dynamikbereich des Sensors und seine Fähigkeit, vektorielle Magnetfelder zu detektieren, von der geringen Symmetrie der hBN-Defekte und ihren günstigen optischen Eigenschaften im angeregten Zustand herrühren. Dieser Fortschritt könnte zu einem tieferen Verständnis magnetischer Phänomene und Nanomaterialien führen.
hBN, ein zweidimensionales Material ähnlich Graphen, ist ideal für Quantensensoranwendungen. Seine atomaren Defekte absorbieren und emittieren sichtbares Licht, wodurch es empfindlich auf lokale magnetische Bedingungen reagiert. Das Team verwendete optisch detektierte magnetische Resonanz (ODMR), um die Reaktion des Sensors auf Magnetfelder zu untersuchen. Diese Technik ermöglicht die Bildgebung magnetischer Phänomene und Nanomaterialien auf bisher unmögliche Weise.
"Dieser Sensor könnte die Tür zur Untersuchung magnetischer Phänomene in neuen Materialsystemen oder mit höherer räumlicher Auflösung als bisher öffnen", sagte Prof. Hannah Stern, die die Forschung mit leitete. Die atomdünne Natur von hBN eröffnet auch spannende Möglichkeiten für die räumliche Kartierung von Magnetfeldern im atomaren Maßstab und ebnet den Weg für bahnbrechende Entdeckungen in verschiedenen Bereichen.