Zurzeit sind die Forschenden vom Departement Physik in Nutzung von Elektronen- und Kernspins der Lage Untersuchungen der Qubits im Kryostaten bei Die Spins in Diamanten erscheinen den Forschenden 300 Millikelvin durchzuführen. «Mithilfe des SuperSQUID- besonders vielversprechend, da sie bei Raumtemperatur Projekts werden wir unser Kühlsystem aufrüsten kön- arbeiten und sich bereits als robuste Sensoren erwiesen nen, sodass wir bis zu Temperaturen von 10 Millikelvin haben. In den NV-Zentren kreisen je sechs Elektronen, herunterkühlen können», berichtet Dr. Floris Braakman, deren Eigendrehimpulse (Spin) sehr emp昀椀ndlich auf der im Poggio-Team für das Projekt verantwortlich ist. elektrische und magnetische Felder in der Umgebung re- «Die supraleitenden Qubits arbeiten normalerweise bei agiert und die sich gemeinsam wie ein winziger Magnet diesen tiefen Temperaturen. Daher ist es für uns wichtig, verhalten. Die Elektronen werden angeregt und senden mit unserem Raster-SQUID-Mikroskop auch bei diesen dann einzelne Photonen aus, die Information über den Bedingungen arbeiten zu können», fügt er hinzu. Zudem Zustand des Spins und damit über die elektrischen und planen die Forschenden ein Hochgeschwindigkeits-Mik- magnetischen Felder liefern. roskop zu realisieren, mit dem sich schnelle Änderungen Für die geplante Temperaturmessung planen erfassen lassen. die Forschenden Rastersonden mit einer konischen Dia- Die Forschenden werden auf diese Weise im mantspitze zu verwenden, deren Durchmesser am Ende Laufe der nächsten vier Jahre räumliche Karten der Mate- nur etwa 10 Nanometer beträgt und die an der Basis zahl- rialdefekte erstellen, magnetische Felder und den Strom- reiche NV-Zentren enthält. Da Diamant Wärme sehr gut 昀氀uss sowie Verluste in den supraleitenden Schaltkreisen leitet, hat die mit der winzigen Spitze «ertastete» Tempe- abbilden. Die Daten werden helfen die Mechanismen des ratur einen Ein昀氀uss auf die Wechselwirkungen zwischen Verlusts der Quanteneigenschaften, der sogenannten den Elektronen der NV-Zentren. Für jedes einzelne NV- Dekohärenz, besser zu verstehen und Empfehlungen für Zentrum spielen diese Wechselwirkungen keine beson- verbessertes Design der Schaltkreise sowie des Herstel- ders grosse Rolle – was sie bei anderen Anwendungen so lungsprozesses der Quantenbits zu geben. robust macht. Wenn jedoch zahlreiche dieser NV-Zentren vereint sind, lässt sich diese thermische Ausdehnung des Mit Diamanten Rotation und Temperatur messen Diamantkristalls zur Temperaturbestimmung verwen- Winzige Diamanten mit Fehlstellen (Sticksto昀昀-Vakanzzen- den. Die Forschenden erwarten, dass sie mit dem geplan- tren) haben sich über die letzten Jahre als hochemp昀椀ndli- ten Setup eine örtliche Au昀氀ösung im Bereich von 10 bis che, leistungsstarke Quantensensoren für elektrische und 20 nm erzielen können. magnetische Felder etabliert. Mithilfe des Spins einzelner Um Rotationen präzise zu erfassen, eignen sich Elektronen, die in den Vakanzzentren kreisen, lassen sich Elektronenspins nur bedingt, da sie zu emp昀椀ndlich auf auch Temperaturen präzise bestimmen. Die Analyse des magnetische Felder reagieren. Die Spins der Atomkerne Drehimpulses der Atomkerne dagegen kann zur Messung (Kernspins) sind jedoch besser geeignet. Sie sind weniger von Rotationen hinzugezogen werden. emp昀椀ndlich gegenüber äusseren Magnetfeldern, lassen In dem Projekt ensQsens werden Forschende sich jedoch auch optisch adressieren, wie Maletinskys von der Universität Basel, dem Swiss Center for Electro- Gruppe letztes Jahr zum ersten Mal zeigen konnte. Daher nics and Microtechnology in Neuchatel (CSEM) und dem untersucht das Team zusammen mit den Projektpartnern Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux in einem anderen Teilbereich des Projekts den Einsatz von (CNRS, Villetaneuse, Frankreich) derartige Quantenther- Kernspins in Diamanten als Rotationssensoren. Diese sol- mometer und Rotationssensoren entwickeln und ihre len zusammen mit den Projektpartnern am CSEM in ein Miniaturisierung und Integration in zentimetergrosse kompaktes Gehäuse integriert werden und könnten so in Gehäuse anstossen. Die Anwendbarkeit und Verbreitung Zukunft in der Navigation und Stabilisierung von selbst- dieser Quantensensoren werden mit dem Projekt, das im fahrenden Fahrzeugen oder Drohnen eingesetzt werden. Oktober 2023 startete, weiter vorangetrieben. In der Gruppe von Professor Dr. Patrick Male- Qubits aus Graphen tinsky vom Departement Physik, der das Projekt leitet, In einem weiteren Projekt war Prof. Dr. Andrea Hofmann werden zwei Doktorierende und ein Postdoc daran als Co-Antragstellerin erfolgreich. In dem von Prof. Dr. arbeiten. Im Team mit dem CSEM und CNRS werden Thomas Ihn (ETH Zürich) geleiteten Projekt «GraQua- die Forschenden die Verwendung von Ensembles von DotQb» wird sie mit ihrer Gruppe untersuchen, wie Sticksto昀昀-Vakanzzentren (NV-Zentren) zur Sensorik in sich Quantenpunkte in gekoppelten Graphenschichten sich ergänzenden Richtungen verfolgen. Zum einen bilden lassen. In Zusammenarbeit mit den Forschenden entwickeln sie auf Grundlage von Kernspin-Ensembles der ETH Zürich erforscht das Hofmann-Team dann die in Diamanten ein neuartiges Rotationsmessgerät, das in zweischichtigen Graphen-Quantenpunkte als Träger für tragbaren Navigationsgeräten eingesetzt werden könnte Spin-, Valley- oder Spin-Valley-Qubits. und präziser sowie robuster als bisherige Rotationssenso- ren arbeiten könnte. Zum anderen zielt ihre Forschung Zurzeit spielt bei Andrea Hofmann jedoch ein noch span- auf die Herstellung eines winzigen Thermometers, das nenderes Projekt eine zentrale Rolle. Andrea ist Mitte auf Elektronenspin-Ensembles basiert und beispielsweise Oktober nämlich Mutter geworden. Wir gratulieren ganz in der Elektronik Anwendung 昀椀nden könnte. herzlich und wünschen ihr und der kleinen Familie alles Gute! SNI INSight Dezember 2023 19