Magnetfeldkamera aus Kooperationsprojekt erhält 1. Preis beim „Forum Junge Spitzenforschung“

Im Rahmen einer Kooperation zwischen dem Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI), der Humboldt Universität zu Berlin (HU) und dem Ferdinand-Braun-Institut (FBH) hat ein Team eine neue Magnetfeldkamera entwickelt. Julian Bopp, Felipe Perona und Tim Schröder (HU, FBH) haben das Gesamtkonzept zusammen mit Hauke Conradi und Moritz Kleinert (Fraunhofer HHI) entworfen. Julian Bopp ist nun für seine Arbeiten an diesem Projekt mit dem ersten Preis beim „Forum Junge Spitzenforschung“ ausgezeichnet worden. Die Auszeichnung wird von der Stiftung Industrieforschung und den Berliner Universitäten vergeben. Sie ist mit 10.000 Euro für Forschungsmittel dotiert.

Kamerasensoren zum Abbilden schwacher Magnetfelder – wie sie etwa bei der Weitergabe von Reizen durch Nerven verursacht werden – werden beispielsweise bei nicht-invasiven Verfahren zur medizinischen Diagnostik eingesetzt. Bisher sind Magnetfeldkameras noch äußerst komplexe und teure Geräte. Die von Julian Bopp erforschte Magnetfeldkamera hingegen basiert auf einem neuartigen, deutlich vereinfachten Messprinzip.

Die Basis des sogenannten Multipixel-Magnetometers liefert ein neu entwickelter optischer Quantensensor mit Glasfaserkopplung, der auf Stickstoff-Fehlstellen in Diamant basiert. In dem Diamantchip kreuzen sich grüne Pump- und infrarote Laserstrahlen – jeder Kreuzungspunkt definiert dabei ein Kamerapixel. Je nach angelegtem Magnetfeld wird mehr oder weniger infrarotes Licht im Diamanten aufgenommen (absorbiert), was wiederum nachgewiesen (detektiert) werden kann. Um ein Magnetfeld ortsaufgelöst zu vermessen, wird die Probe einfach auf den Diamantchip gelegt. Die kompakte Magnetfeldkamera mit einer Ortsauflösung in der Größenordnung von 100 µm arbeitet bei Raumtemperatur und lässt sich in ein tragbares Gerät integrieren. Sie wurde in einem einrichtungsübergreifenden Team entwickelt und schafft die Voraussetzungen für kompakte, mobil einsetzbare Magnetfeldkameras. Neben medizinischen Anwendungen könnte sie künftig auch genutzt werden, um Batterien für die grüne Mobilitätswende weiterzuentwickeln.

Koordiniert wurden die Forschungsarbeiten im Joint Lab Diamond Nanophotonics, das gemeinsam von der HU Berlin und dem FBH betrieben wird. Julian Bopp, Felipe Perona und Tim Schröder haben das Gesamtkonzept mit Hauke Conradi und Moritz Kleinert aus der Abteilung Photonische Komponenten (PC) des Fraunhofer HHI entwickelt. Die HHI-Forscher waren maßgeblich an der Chipentwicklung beteiligt und bauten den optischen Chip auf. Ermöglicht wurde dieser Meilenstein auch durch die photonische Integration des Sensors in die PolyBoard-Plattform des Fraunhofer HHI. Zudem war das Fraunhofer HHI für das darauf abgestimmte Design der weiteren Komponenten, wie etwa der Glasfasern, verantwortlich.

Einmal im Jahr suchen die Stiftung Industrieforschung und die Berliner Universitäten im Rahmen des Wissenschaftswettbewerbs „Forum Junge Spitzenforschung“ nach wissenschaftlichem Nachwuchs mit originellen und praxisrelevanten Ideen und Lösungsansätzen, die aus ihrer innovativen Grundlagenforschung hervorgegangen sind. Beim diesjährigen Wettbewerb standen Sensoren und Datenanalyse im Fokus.