Levitierte Magnete für die Quantenmetrologie

Schwebende Mikromagnete wurden theoretisch als Bausteine für eine Reihe von hybriden Quantensystemen und als extrem rauscharme Sensoren für Drehmoment, Kraft oder Magnetfeld vorgeschlagen, die herkömmliche quantenbegrenzte Geräte in Bezug auf die Energieauflösung weit übertreffen können. Dieses herausragende Potenzial wird durch jüngste bahnbrechende Experimente untermauert, ist aber noch lange nicht vollständig nachgewiesen. In diesem Projekt wird auf eine systematische Untersuchung von Sensoren abgezielt, die auf levitierten Mikromagneten basieren. Verschiedene Levitationsplattformen werden erforscht, wie z. B. supraleitende Fallen auf der Grundlage des Meissner-Effekts, On-Chip-Schaltkreise für magnetische Fallen, Freifall- und Paul-Fallen für geladene Mikromagnete, und die Kopplung mit verschiedenen Quantensystemen oder Bauelementen, wie z. B. Diamant-Stickstoff-Leerstellen (NV) und SQUIDs, nutzen. In erster Linie wird die Librations- und Rotationsbewegung der schwebenden Magnete untersucht wobei die Konzentration auf den Nachweis ultraniedriger Drehmomente und Magnetfelder liegt, mit dem Ziel, eine noch nie dagewesene Energieauflösung zu demonstrieren. Insbesondere soll der empfindlichste Bereich nachgewieden werden, der der atomähnlichen Larmor-Präzession eines mesoskopischen Magneten entspricht, einem besonderen Effekt, der sich aus der Quantennatur des intrinsischen Spins ergibt. Um dies zu bewerkstelligen wird die Mikrogravitation des Einstein-Elevators genutz, wo die Larmor-Präzession eines frei fallenden Magneten auf die sauberste denkbare Weise beobachtet werden kann.