Ein Magnet so klein wie ein Atom. Unmöglich zu messen? Nicht für Aparajita Singha. Die Physikerin ist Inhaberin der neuen Professur für „Nanoskalige Quantenmaterialien“ an der TU Dresden. Ihre Werkzeuge sind Diamanten mit Fehlern. Diese nutzt sie als ultrapräzise Sensoren, um die kleinsten magnetischen Signale in Materialien aufzuspüren. Ihre Arbeit ist eine wichtige Grundlage für Quantencomputer und andere Technologien der Zukunft.
Singha forscht im Dresden-Würzburger Exzellenzcluster ctd.qmat. „Meine Leidenschaft für Quantensensoren begann, als ich mich fragte, ob ich den kleinsten Magneten der Welt wirklich ausmessen kann", erzählt sie. Was abstrakt klingt, hat konkrete Bedeutung. Auf der Ebene der Atome befinden sich winzige Elementarmagnete, die Elektronenspins. Ihre Ausrichtung speichert Information. Während normale Computer nur mit Nullen und Einsen rechnen, können diese Spins in der Quantenwelt Null und Eins gleichzeitig sein. Das macht Quantencomputer extrem leistungsfähig.
Methode mit großem Potenzial
Die Arbeit mit NV-Zentren in Diamanten ist weltweit ein wichtiger Forschungstrend. Auch in Sachsen tut sich einiges. „Beinahe alle sächsischen Quanten-Startups arbeiten mit Fehlstellen im Diamanten", sagt Matthias Vojta, Sprecher des Exzellenzclusters in Dresden. Darunter sind mehrere Firmen aus dem sächsischen Quantennetzwerk SAX-QT. „Das bereichert unsere Forschungstätigkeit im Verbund mit Würzburg und gibt der hiesigen Industrie mehr Quantenpower."
An Singhas Professur arbeiten zehn Menschen: zwei Postdocs, sechs Doktoranden und ein Techniker. Die Messungen müssen in absolut reiner Umgebung stattfinden, rein wie im Weltraum. Nur im Ultrahochvakuum erreichen sie die nötige Präzision. Die Forscherin ist überzeugt, dass ihre Methode großes Potenzial hat. Denn sie ist die einzige Messmethode, die auch bei normalen Temperaturen funktionieren kann.
