Als Quantensensoren werden Sensoren bezeichnet, die auf Quanteneffekten beruhen und sich hierbei insbesondere durch eine hohe Präzision und geringes Rauschen auszeichnen.
Im Labor für Quantentechnologie erforschen wir die Klasse von Quantensensoren basierend auf Stickstoff-Fehlstellen (NV) in Diamant für den Einsatz als Magnetfeldsensor. Sie heben sich gegenüber konventionellen Magnetometern durch ihre sehr hohe Sensitivität, schnelle Ansprechzeit, und extrem gutes räumliches Auflösungsvermögen bis hin zur Größe von Atomen aus. In den vergangenen Jahren konnte in vielen Bereichen, wie bei der hochsensitiven Messung von Biosignalen, Effizienzsteigerung in der Elektromobilität oder magnetischer Bildgebung von Halbleiterchips das Potenzial dieser Sensoren erfolgreich gezeigt werden.
In unserem Labor werden faseroptisch gekoppelte Magnetometer entwickelt. Hierbei wird ein Diamant mit einer Größe von 150 μm an der Spitze einer optischen Glasfaser befestigt. Durch die räumliche Trennung der optischen und elektronischen Komponenten vom Sensorelement und das kleine Volumen des Sensorkopfes bietet sich eine hohe Flexibilität für industriellen Anwendungen[1].
In einer weiteren Arbeit haben wir gezeigt, dass durch den Einsatz von maschinellem Lernen in Kombination mit Quantensensoren ein sensitives Magnetometer ermöglicht werden kann. Die entstehenden Sensordaten können ohne aufwändige Messtechnik durch die Nutzung von künstlichen neuronalen Netzen (KNN) ausgewertet werden. Ein KNN wird mit bekannten Daten trainiert und dann auf einen Mikrokontroller übertragen, wo es live Sensordaten auswertet. Dieses "Edge Computing" in der Quantensensorik wird in [2] genauer beschrieben.
Im dem durch das BMBF geförderte Projekt "Optische Wellenleiter- und CMOS-Schnittstelle für Quantensensoren mit NV-Zentren" werden im Labor für Quantentechnologien in Kooperation mit dem Labor für Halbleiter-Bauelemente und Bussysteme der FH Münsyer zudem Möglichkeiten zur optischen und elektronischen Integration der Technologie entwickelt.
Veröffentlichungen
[1] Fiber-coupled NV Ensembles in Microdiamond as miniaturized Magnetic Field Probes - •Jonas Homrighausen1, Jens Pogorzelski2, Peter Glösekötter2, and Markus Gregor1 - 1Department of Engineering Physics, University of Applied Sciences, Münster, Germany - 2Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Applied Sciences, Poster, DPG Fühjahrstagung 2023
[2] Edge-Machine-Learning-Assisted Robust Magnetometer Based on Randomly Oriented NV-Ensembles in Diamond - Homrighausen, J., Horsthemke, L., Pogorzelski, J., Trinschek, S., Glösekötter, P., Gregor, M., 2023. . Sensors 23, 1119.