Fraunhofer-Gesellschaft

Heutige Magnetometer verfügen für viele künftige Applikationen über eine zu geringe räumliche Auflösung oder Sensitivität. Im Fraunhofer-Leitprojekt »QMag« haben Forschende Quantensensoren für konkrete industrielle Anwendungen untersucht und weiterentwickelt. Dabei handelt es sich um zwei verschiedene, auf Konzepten der Quantentechnologie basierende Magnetometer-Prinzipien:

Zum einen wurden Stickstoff-Vakanz-Zentren in Diamant, die als kleinste Tastmagneten in einem bildgebenden Rastersondenmagnetometer fungieren, genutzt. Damit wird ein einzelnes atomares System zu einem hochempfindlichen Sensor, der bereits bei Raumtemperatur betrieben werden kann. Zum anderen kam ein alternatives Messverfahren zum Einsatz, das die Magnetfeldabhängigkeit der optischen Eigenschaften von Alkali-Atomen (»optisch gepumpte Magnetometer«, OPM) nutzt.

Beide Technologien funktionieren bei Raumtemperatur und eignen sich für die industrielle Anwendung. Insbesondere in der Materialprüfung konnten die Forschenden beeindruckende Ergebnisse demonstrieren: Sie haben gezeigt, dass die Quantenmagnetometer bereits Veränderungen im Magnetfeld der Proben detektieren, wenn die Materialermüdung noch nicht sichtbar ist. Die Forschenden haben mittels OPMs die Änderungen des Magnetfelds ferromagnetischer Materialproben gemessen, während diese zyklisch ermüdet wurden. So haben sie gezeigt, dass Quantenmagnetometer kleinste Materialdefekte viel früher erkennen als herkömmliche Technologien. In der Materialprüfung können OPMs und NV-Magnetometer komplementär eingesetzt werden: Während die OPMs ein dynamisches Signal aus der ganzen Probe liefern, können mittels NV-Magnetometrie die magnetischen Eigenschaften einzelner Schädigungen auf der Mikro- und Nanoskala im Detail gemessen werden.