© Iris Maurer
Aus dem Arbeitsalltag einer Kaiserslauterer Physikerin
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Diamanten geben Einblick in die Quantenwelt

Juniorprofessorin Dr. Elke Neu-Ruffing nutzt in ihrer Arbeit Diamanten. Sie forscht zu Quantensensorik und beschäftigt sich mit neuartigen Sensoren, die auf sogenannten Farbzentren in Diamanten basieren. Auch versucht sie Kinder und Jugendliche an das Thema Quantenphysik heranzuführen.

Von Unispectrum live

Das Team um Neu-Ruffing arbeitet mit Diamanten. Dabei interessiert es sich nicht für die lupenreinen Edelsteine – das Hauptaugenmerk liegt auf den Steinen, die Verunreinigungen in ihrer Kristallstruktur aufweisen. Diese sogenannten Farbzentren sind für die Forschung interessant. „Sie emittieren Licht und zwar so helles Licht, dass wir in der Lage sind mit unseren empfindlichen Mikroskopen ein einzelnes dieser Farbzentren zu beobachten und als Sensor zu verwenden“, erläutert die Juniorprofessorin. Diese Farbzentren unterliegen den Gesetzen der Quantenphysik. „Daher sprechen wir auch von Quantensensorik“, so die Physikerin weiter. Damit möchten die Forscherin und ihre Arbeitsgruppe künftig Sensoren bauen, die besonders empfindlich und vielseitig sind. Sie können zum Beispiel in den Lebenswissenschaften Verwendung finden. „Damit könnte man Ströme messen, die entstehen, wenn Zellen miteinander kommunizieren“, nennt sie als Beispiel. 

Die Forschung zur Quantensensorik ist dabei ein gutes Beispiel für interdisziplinäre Arbeit: Um die Farbzentren besonders effizient als Sensoren zu nutzen, stellt das Team um Neu-Ruffing Nanostrukturen her und behandelt die Oberfläche der Diamanten. Neben diesen Ansätzen aus der Nanotechnologie setzt die Arbeitsgruppe selbstgebaute optische Mikroskope ein, die dem neuesten Stand der Technik entsprechen.  Hinzu kommen experimentelle Techniken aus den Quantentechnologien, mit denen die Sensoren kontrolliert werden. „Nur durch die Kombination all dieser Fachgebiete können wir unsere Sensoren erforschen, dafür ist die TUK ein optimaler Standort. Mittelfristig wollen wir neue Anwendungsgebiete für die Sensoren erschließen vor allem in der Biophysik und den Lebenswissenschaften“, fasst die Physikerin zusammen. 

Farbzentren haben sie auch auf die Idee gebracht, wie man Kindern das doch eher komplexe Thema Quantenphysik des Lichts näherbringen kann. „Schaut man sich so ein einzelnes Farbzentrum an, besteht das Licht, dass wir beobachten aus einzelnen Lichtteilchen, sogenannten Photonen“, sagt Neu-Ruffing. „Ich wollte erklären, aus was Licht ‚besteht’, nämlich genau aus so einem Strom einzelner Lichtteilchen.“ Bei der Saarbrücker Kinder-Uni engagiert sie sich als Dozentin und gibt dem wissenschaftlichen Nachwuchs bei ihren Vorträgen Einblick in die Forschung. „Ich möchte damit einen Beitrag leisten, Kinder für Naturwissenschaften zu interessieren“, sagt die Physikerin über ihr Engagement. 

Neu-Ruffing ist seit Februar 2020 an der TU Kaiserslautern, zuvor leitete sie ab 2015 eine Nachwuchsgruppe an der Universität des Saarlandes. Sie studierte Physik an der TUK und promovierte bei Professor Dr. Christoph Becher in Saarbrücken. Forschungsaufenthalte brachten sie zudem an die Harvard Universität und nach Basel.