Spin-basierte Quanten-Licht Mikroskopie als neuartiges abbildendes Verfahren für Magnetismus und Nanowissenschaften

• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Biophysik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491229782

In den letzten Jahren ist die Spin-basierte Quanten-Licht Mikroskopie (SQLM) als äußerst empfindliche Technologie zur Messung verschiedener physikalischer Größen insbesondere von Magnetfeldern aufgekommen. Stickstoff-Fehlstellen Zentren (engl. nitrogen vacancy, NV) in Diamant sind stabile, atomar kleine Sonden für SQLM. Um nanoskalige Auflösung zu erreichen, wird die zu untersuchende Probe mit einem scannenden NV ab gerastert, welches typischerweise weniger als 100 nm von der Probenoberfläche entfernt ist. Kommerzielle, vollständig integrierte Systeme mit solchen scannenden NV Zentren sind seit 2020 erhältlich. Wir beantragen ein solches kommerzielles SQLM System. Mit Hilfe dieses Systems werden wir den Anwendungsbereich der SQLM signifikant erweitern und neuartige Ansätze zur Sensorik mit Farbzentren erforschen. Wir bilden magnetische Dynamik, insbesondere Spin-Wellen auf der Nanoskala ab. Wir betrachten dabei verschiedene Materialsysteme z.B. magnetische Isolatoren (YIG), druckbare magnetische Materialien und Heterostrukturen. Darüber hinaus werden wir das SQLM System einsetzen, um neuartige Sensorik Ansätze auf der Basis optischer Nahfelder und Nanodiamanten in Wellenleitern zu erforschen und SQLM auf Defekt Zentren in Silizium Karbid zu erweitern. Wir wenden SQLM auf neue Systeme wie z.B. Spin-Crossover Komplexe an und erforschen die Anwendung von SQLM in den Lebenswissenschaften. Wir fördern damit interdisziplinäre Kooperationen und stärken die Forschungsschwerpunkte der TU Kaiserslautern. Unser Forschungsvorhaben wird unterstützt durch das Landesforschungszentrum OPTIMAS unter anderem durch die Organisation zweier Workshops, die ein starkes Kollaborationsnetzwerk zwischen Forschenden in Deutschland, die SQLM nutzen, formen werden. Das SQLM System wird in ein hochmodernes Forschungsgebäude, das laboratory for advances spin engineering (LASE) an der TU Kaiserslautern eingebettet, um eine effiziente Nutzung und interdisziplinäre Zusammenarbeit zu garantieren.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: SQLM microscopy system
• Gerätegruppe: 5040 Spezielle Mikroskope (außer 500-503)
• Antragstellende Institution: Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
• Leiterin: Dr. Elke Neu-Ruffing