Quanten-Zentren in Diamant

Diamant ist eine Form von Kohlenstoff, die sich unter hohem Druck bildet. Diamant wird nicht nur wegen seiner Schönheit bewundert, sondern wird seit langem auch wegen seiner Härte und thermischen Eigenschaften für industrielle Anwendungen genutzt. Zu Beginn des Jahrhunderts wurde festgestellt, dass Diamant auch ein gutes Material für sogenannte Quantenanwendungen ist. Die Quantenmechanik beschreibt, wie sich die physikalische Welt auf der Ebene einzelner Atome und subatomarer Teilchen verhält, und enthält viele bekannte kontra-intuitive Vorhersagen wie der Welle-Teilchen-Dualismus oder die Überlagerung quantenmechanischer Zustände.

Obwohl alle makroskopischen Materialien auf Wechselwirkungen basieren, die sich aus der Quantenmechanik ergeben, ist die Nutzbarmachung von Quantenphänomenen für praktische Anwendungen aufgrund der Fragilität der Quantenzustände nach wie vor schwierig. Diamant bietet aufgrund seiner Robustheit und der Reinheit seiner Struktur, d.h. eine geringe Anzahl von natürlich vorkommenden Unvollkommenheiten, eine Lösung für dieses Problem. Dies ermöglicht den Nachweis und die Manipulation des Quantenzustands von atomaren Verunreinigungen, was zu Anwendungen beispielsweise in der Sensortechnik, der Bildgebung in der Medizin und der Quanteninformatik geführt hat.

QUEEN konzentriert sich auf die Erforschung der genauen Struktur von solchen Verunreinigungen und deren Manipulation durch eine Kombination von Transmissionselektronenmikroskopie mit atomarer Auflösung und verschiedenen spektroskopischen Methoden. Die Diamantstrukturen sollen mit dem zweidimensionalen Kohlenstoffmaterial Graphen kombiniert werden, um die elektronischen Eigenschaften zu verbessern. Die Ergebnisse des Projekts werden dazu beitragen, neue diamantbasierte Quantenanwendungen zu ermöglichen und die Leistungsfähigkeit der bereits bestehenden zu verbessern.