Halbzeit-Meilensteintreffen“

Mit dem Ende des Monats April haben wir die Halbzeit unseres Projektes erreicht. Dazu fand am 10. April das Halbzeit-Meilensteintreffen mit dem Projektträger statt. Wir blicken zurück auf zahlreiche Entwicklungsschritte und geben Ausblick auf das was noch kommt. Anfänglich haben wir ein Projektlogo erarbeitet,

wir sind auf Instagram sichtbar geworden und unsere Projektwebsite www.qoool-sensing.org ist online gegangen. Hierfür sind erste didaktische Inhalte in Form eines Glossars erstellt worden.

Unser Projekt hat sich auf der Maker Fair 2024 zum ersten Mal mit einem ersten Aufsteckmodul für die senseBox vorgestellt und die ersten Diamanten zum Leuchten gebracht. QOOOL Kit Fluoro ist entstanden und wurde auf der Quantum Effects 2024 offiziell gelauncht. Auch bei QOOOL Kit Magneto hatten wir Fortschritte vorzuweisen. Unser erster Aufbau hierfür, den wir euch ebenfalls bereits auf der Quantum Effects 2024 präsentiert haben, besteht noch aus einem Laser sowie unserem diskret aufgebauten Mikrowellenresonator und lieferte erste ODMR-Signale. Nach der Messe ist „The Lämp“ in einer limitierten Auflage entstanden, ein batteriebetriebener Hosentaschen-Quanten-Demonstrator, der ebenfalls Fluoreszenz des NVs im Diamanten demonstriert. In der Zwischenzeit haben wir erfolgreich Lichtquellen und Farbfilter erprobt, die brandaktuell zu kleineren Aufbauten geführt haben, ebenfalls ODMR-Signale liefern und an denen wir unterschiedliche Diamanten getestet haben.

Wir haben eine Mikrocontrollerplattform fit dafür gemacht, einen Mikrowellengenerator anzusteuern, die Fluoreszenzsignale des Diamanten einzulesen und die Fluoreszenz über die Mikrowellenfrequenz in GNU Octave live darzustellen. So sind uns erste ODMR-Aufnahmen ohne den Einsatz eines Oszilloskops, ohne

und mit Magnet in der Nähe des Aufbaus, gelungen.

Zur präzisen Manipulation von Spin-Zuständen muss ein Mikrowellenfeld definierter Frequenz effizient auf das NV-Zentrum appliziert werden. Zu diesem Zweck wurde ein Hochfrequenz-Resonator mit dem Ziel entwickelt, die Amplitude des oszillierenden Magnetfeldes zu maximieren.

Mesh view von Resonator in elektromagnetischen Simulation

Dafür wurde eine vollständige Designkette für den Resonator aufgebaut und kontinuierlich weiterentwickelt – beginnend mit impedanzangepasster Schaltungsentwicklung und Simulation, über die physische Modellierung und elektromagnetische Simulation bis hin zur Fertigung mithilfe hochpräziser HF-Bearbeitungstechniken wie Laserschneiden. Anschließend erfolgen frequenzbasierte Charakterisierungen sowie experimentelle Tests. Der Resonator wurde inzwischen in mehreren Versionen optimiert und zeigt bereits eine zuverlässige Performance in ODMR-Experimenten. Dennoch schreitet die Entwicklung weiter voran – mit dem Ziel, eine breite Bandbreite, hohe Energieeffizienz sowie eine miniaturisierte und flexibel einsetzbare Bauform zu realisieren.

Während wir noch an einer guten Lösung für den Mikrowellenresonator arbeiten und der finale Mikrowellengenerator entsteht, ist die Basis geschaffen, alles andere bereits auf die senseBox zu portieren. Hierfür laufen aktuell Simulationen und verschiedene Aufbauten werden erprobt, die es ermöglichen sollen, Resonatoren mit serientauglichen Prozessen herzustellen. Dabei sind bereits Resonatoren auf Rogers, PEEK und PI entstanden.

Zudem gibt es einen ersten Ausblick auf QOOOL Kit Magneto. Hierfür haben wir die π-Mk1-Plattform entwickelt, die die Basis für unser QOOOL Kit Magneto bilden wird. Sie enthält alle kritischen Komponenten des NV-Magnetometers, untergebracht auf einem Bauraum von π cm³ und liefert der senseBox künftig die Fluoreszenz-Signale in einer Form, mit der sie umgehen kann.

Parallel wird gerade mit Hochdruck am Websimulator gearbeitet, der es erlauben wird, QOOOL Kit Fluoro und später auch QOOOL Kit Magneto, virtuell zu erproben. Der Simulator wird demnächst auf unserer Projektseite online gestellt und darauf sind wir ziemlich stolz.

Um später die beiden QOOOL Kits Fluoro und Magneto sinnvoll in der Schule und außerschulischen Lernorten einsetzen zu können, wurden und werden parallel dazu didaktische Konzepte entwickelt und erprobt, um einen sinnvollen Übergang von den in der Schule vermittelten Lerninhalten auf die neuen Inhalte des Quantentechnologie zu schaffen. Dazu wurde z.B. ein Experiment zu Farbzentren mit Salzen in Glasampullen und einer Teslaspule entwickelt. Hierbei können Farbzentren gezielt mit schulischen Mitteln erzeugt werden und ein überzeugender Abgleich von Theorie (bisher in der Schule behandelt) und Experiment durchgeführt werden. Die Aktivitäten von QOOOL Sensing haben bereits Einzug in Lehrerfortbildungen geschafft.

Die zweite Hälfte der Projektlaufzeit bleibt weiterhin spannend und wir freuen uns schon heute, euch QOOOL Kit Magneto final virtuell und in der Realität vorstellen zu dürfen. Bleibt weiter gespannt auf das, was euch noch erwartet.