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Projekt
Hochempfindliche Magnetresonanzspektroskopie auf der Nanoskala durch projektionsbeschränktes Auslesen von NV-Zentren
Antragsteller
Professor Dr. Friedemann Reinhard
Fachliche Zuordnung
Analytische Chemie
Förderung
Förderung von 2015 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276450883
Ziel des Projekts ist es, in NV-Zentrum-basierten Magnetresonanzexperimenten an nanoskaligen Proben die Empfindlichkeit um eine Größenordnung und die spektrale Auflösung um zwei Größenordnungen zu steigern. Dieser technische Fortschritt soll wissenschaftlich dazu genutzt werden, chemisch relevante spektrale Informationen aus Nano-Magnetresonanz-Experimenten zu gewinnen. Realisiert werden soll dieser Fortschritt durch die Kombination zweier kürzlich entwickelter Techniken für hocheffizientes Auslesen des Elektronenspins eines NV-Zentrums: wiederholtes Auslesen nach Zwischenspeicherung auf einem Kern-Quantenspeicher [1] und effizientes Auslesen durch Spin-Ladungs-Konversion [2]. Wiederholtes Auslesen von Kern-Quantenspeichern ist eine etablierte Technik um die niedrige Detektionseffizienz bei der fluoreszenzbasierten Auslese des NV-Elektronenspins zu steigern. Sie reduziert Integrationszeiten um zwei Größenordnungen, was gleichbedeutend ist mit einer Empfindlichkeitssteigerung um eine Größenordnung. Kernidee des Verfahrens ist es, den Spin des NV-Zentrums vor dem Auslesen auf einem benachbarten Kern zu speichern und von dort wiederholt auszulesen. Spin-Ladungs-Konversion ist eine ähnliche Technik für effiziente Spindetektion. Sie benutzt spin-abhängige Photoionisation des NV-Zentrums in seinen neutralen Ladungszustand. Das Resultat dieser Operation kann mit hoher Zuverlässigkeit durch Fluoreszenz ausgelesen werden. Im Projekt sollen diese Techniken auf NV-Zentren wenige Nanometer unter der Diamantoberfläche implementiert werden, wie sie für die Detektion externer Proben benötigt werden. In einem zweiten Schritt sollen sie zu einer Methode kombiniert werden, die die Vorteile beider Implementierungen vereint. Schließlich soll der Gewinn an Empfindlichkeit genutzt werden um die Messung chemisch relevanter spektraler Informationen in Nano-NMR-Experimenten zu demonstrieren, wie etwa die Messung von chemischen Verschiebungen oder J-Kopplungen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
