de.wedoany.com-Bericht: Die Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) arbeitet mit der University of Melbourne und dem japanischen National Institutes for Quantum Science and Technology (QST) zusammen, um kostengünstige Industriediamantpartikel in präzise Nanodiamanten für die Quantensensorik umzuwandeln.

Das Projekt zielt darauf ab, einen skalierbaren und kostengünstigeren Herstellungsweg für quantenrelevante Diamantmaterialien zu etablieren. Diese Materialien sollen in Australien produziert werden, um die Abhängigkeit von internationalen Lieferketten zu verringern und die breiteren Quantentechnologie-Entwicklungspläne des Landes zu unterstützen.

Speziell technisch bearbeitete Diamanten können als hochempfindliche Quantensensoren dienen, um schwache magnetische Signale von nahegelegenen Molekülen zu detektieren. Diese Fähigkeit kann in der chemischen Analyse, Umweltüberwachung, medizinischen Diagnostik, Verteidigungssystemen sowie in zukünftigen Quantencomputing-Technologien eingesetzt werden.

Die Sensorfunktion beruht auf atomaren Defekten in der Kristallstruktur des Diamanten – den Stickstoff-Fehlstellen-Zentren (NV-Zentren). Diese Defekte ermöglichen es dem Diamanten, auf Veränderungen von Magnetfeldern, elektrischen Feldern, Temperaturen und anderen Umweltbedingungen zu reagieren und so als nanoskaliger Sensor zu arbeiten.

Die Forscher konzentrieren sich auf die Entwicklung von Methoden zur Erzeugung stabiler und effektiver NV-Zentren nahe der Oberfläche von Nanodiamanten. Diese Position ist entscheidend für eine optimale Sensorleistung. Der Prozess umfasst die Erzeugung von Fehlstellen im Diamantgitter und deren Kombination mit Stickstoffatomen zur Bildung von Sensorzentren.

Die Technologie verspricht, durch verbesserte Detektion und Identifizierung von Chemikalien in komplexen Gemischen eine sauberere und sicherere chemische Produktion zu ermöglichen. Zukünftige potenzielle Anwendungen umfassen auch den Nachweis von Krankheitsbiomarkern und Spuren von Umweltkontaminanten.

Viele bestehende diamantbasierte Quantensysteme verwenden seltene und teure Einkristall-Diamantmaterialien. Durch die Entwicklung eines skalierbaren Weges zu Nanodiamanten mit sensorbereiten NV-Zentren wollen die Forscher die Produktionskosten senken und das Anwendungsspektrum der Quantensensorik erweitern.

Die Zusammenarbeit mit dem QST ermöglicht dem Forschungsteam den Zugang zu speziellen Quantenstrahl- und Bestrahlungseinrichtungen, die in Australien derzeit nicht verfügbar sind. Die Partnerschaft zielt darauf ab, lokale Fachkenntnisse aufzubauen und letztlich eine inländische Produktionskapazität für quantenrelevante Diamantmaterialien zu etablieren, um die Abhängigkeit von großen Übersee-Einrichtungen zu verringern.

Das Projekt wird durch den Global Science and Technology Diplomacy Fund der australischen Regierung gefördert und ist Teil der breiteren australisch-japanischen wissenschaftlichen Zusammenarbeit.

In der nächsten Projektphase werden sich die Forscher auf die Verbesserung der Konsistenz und Leistung der Nanodiamanten konzentrieren, einschließlich der Optimierung der Positionierung der NV-Zentren und der Verbesserung der Oberflächenbehandlung zur Steigerung der Sensorstabilität. Diese Materialien werden zudem in praktischen Sensoranwendungen weiter getestet und validiert.

Das langfristige Ziel ist der Aufbau einer durchgängigen australischen Fertigungskapazität für quantenrelevante Diamantmaterialien, um die heimische Industrie bei der Teilnahme an der aufkommenden globalen Quantentechnologie-Lieferkette zu unterstützen.

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