Am 15. Oktober 2025 haben Wissenschaftler der Humboldt-Universität zu Berlin ein neuartiges Verfahren zur präzisen Messung von Defekten in Kristallgittern vorgestellt. Diese Entwicklung könnte weitreichende Auswirkungen auf die Technologie von Materialien haben, die in modernen Anwendungen wie Computerchips und Quantenpunkten verwendet werden. Die Identifikation und Kontrolle von Verunreinigungen im Kristallgitter ist dabei von entscheidender Bedeutung, da fehlende Atome in der Gitterstruktur Elektronen und elektrische Ladungen einfangen können, was zu unerwünschtem elektromagnetischem Rauschen führt. Humboldt-Universität zu Berlin berichtet, dass die Forschungsgruppe „Integrierte Quantenphotonik“ zusammen mit dem „Joint Lab Diamond Nanophotonics“ am Ferdinand-Braun-Institut unter der Leitung von Prof. Dr. Tim Schröder diese innovative Technologie entwickelt hat.
Die Herausforderung, Ladungsfallen auf atomarer Größenskala zu lokalisieren, wurde mit einem neu gestalteten Sensor angegangen. Dieser nutzt Defekte im Kristallgitter, insbesondere die Kombination aus zwei Leerstellen und einem Fremdatom, die als Farbzentrum bekannt sind. Farbzentren haben die Fähigkeit, als Sensoren zu fungieren, um Materialeigenschaften effektiv zu analysieren. Der neue Sensor ermöglicht den präzisen Nachweis einzelner elektrischer Ladungen und garantiert damit ein Echtzeit-Monitoring, das Messungen in Abständen von bis zu einer Millionstel Sekunde erlaubt.
Anwendungen und Bedeutung
Die Forschung wurde kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht, was die wissenschaftliche Relevanz unterstreicht. Die spezifische Empfindlichkeit des Sensors gegenüber elektrischen Feldern eröffnet neue Möglichkeiten für Materialwissenschaftler im Quantenzeitalter. Durch die Einführung des Farbzentrums in einen künstlichen Diamanten können Farbänderungen des Lichts zur Lokalisierung von Ladungsfallen genutzt werden. Dies könnte erhebliche Fortschritte in der Entwicklung und Analyse von Festkörpermaterialien fördern.
Die Technologie wurde sowohl in Deutschland als auch in den USA patentiert, ein Zeichen für das internationale Interesse an dieser Forschungsarbeit. Dr. Gregor Pieplow und Cem Güney Torun haben maßgeblich an der Entwicklung des Sensors mitgewirkt, dessen Potenzial besonders für zukünftige Anwendungen in verschiedenen Technologiebereichen betont wird. Die Arbeit des Teams hebt die tiefgreifende Verbindung zwischen Materialwissenschaft und Quantenphotonik hervor und könnte weitreichende ω Folgen für die digitale Technologie haben.
In einer Zeit, in der die Effizienz und Verlässlichkeit von Materialien immer mehr im Fokus steht, ist diese Entwicklung ein wichtiger Schritt nach vorn. Die präzise Lokalisierung von Defekten in Kristallgittern könnte dabei helfen, die Leistung bestehender Technologien zu optimieren und neue zu entwickeln.
Für weitere Details zu dieser wegweisenden Forschung, besuchen Sie bitte science-online.org.
