Erzeugung und Untersuchung oberflächennaher Spin-Zentren in hochreinem Diamant

Das zentrale Ziel des Projektes ist die Erzeugung und Untersuchung oberflächennaher Spin-Zentren (NV-Zentren) in hochreinen Diamanteinkristallen und -schichten. Diese aktiven Elemente mit guten Eigenschaften in Nähe der Oberfläche des Diamanten zu präparieren ist eine bisher nicht zu erfüllende Voraussetzung, um sie nicht nur optisch, sondern auch elektrisch ansteuern zu können. In dem Projekt soll der Einfluss der bei der Erzeugung modifizierten Kristallstruktur, sowie der von Struktur und Terminierung der Oberfläche auf die darunter liegenden Spin-Zentren, untersucht werden. Dies wird erreicht durch eine Kombination physikalischer Verfahren der Oberflächenpräparation und –analyse, des Diamantschichtwachstums und der Festkörperspektroskopie. Das durch die Untersuchungen geschaffene grundlegende Verständnis für die Erzeugung und Beeinflussung der Eigenschaften oberflächennaher Zentren ermöglicht zukünftig die gezielte Optimierung bezüglich vieler Anwendungen, nicht nur in der Grundlagenforschung, sondern auch in Medizin und Biologie. Erste Messungen der Dortmunder Arbeitsgruppe belegen dieses Potenzial. Beispiele hierfür sind die Verwendung oberflächennaher NV-Zentren als hochempfindliche Sensoren für die magnetische Resonanz mit bisher unerreichter räumlicher Auflösung im nm-Bereich. Diese Weiterentwicklung könnte helfen, verbreitete medizinische Methoden wie die Magnetresonanztomographie auf sehr kleine Objekte wie lebende Zellen anzuwenden.

Antragsteller

Universität Duisburg-Essen: Dr. Nicolas Wöhrl (Fakultät für Physik / CENIDE), Prof. Dr. Volker Buck (Fakultät für Physik / CENIDE, Technische Physik – Dünnschichttechnologie);
Technische Universität Dortmund: Prof. Dr. Dieter Suter (Fakultät Physik, Lehrstuhl Experimentelle Physik III);
Ruhr-Universität Bochum: Prof. Dr. Ulrich Köhler (Fakultät für Physik und Astronomie, Experimentalphysik IV)

Förderlinie: Projektförderung
Fördersumme: 217.908,00 Euro
Laufzeit: 01.09.2013 – 30.08.2015

Ansprechpartner

Dr. Nicolas Wöhrl
Universität Duisburg-Essen
Fakultät für Physik / CENIDE
Carl-Benz-Str. 199
47057 Duisburg

Telefon: 0203 379 8126
nicolas.woehrl (at) uni-due(dot)de