
Das Applikationslabor Quantensensorik: Quantenmagnetometrie für industrielle Anwendungen
Das Applikationslabor Quantensensorik am Fraunhofer IAF in Freiburg enthält mehrere bildgebende Quantenmagnetometer auf der Basis von NV-Zentren in Diamant, die Messungen mit höchster Ortsauflösung erlauben. Das Technikum bietet Interessierten aus Industrie und Forschung die Möglichkeit, die innovative Quantenmagnetometrie für spezifische Anwendungen zu testen.
Das virtuelle Applikationslabor Quantensensorik ist eine digitale Nachbildung des Technikums am Fraunhofer IAF, um das Innovationspotenzial der Quantensensorik für Wirtschaft und Gesellschaft zu veranschaulichen und den Zugang zu erleichtern. Ziel ist, mit Unternehmen neue Anwendungsszenarien für Quantensensoren zu erschließen. Wir sind sehr an Ihren Fragestellungen interessiert und sind gespannt auf Ihre Projektideen.
Quantensensorik-Kompetenzen
Die Freiburger Institute Fraunhofer IAF und IWM bieten Quantensensorik-Forschungsinfrastruktur und ‑Expertise.
Mit einer einzigartigen Infrastruktur ist das Applikationslabor die ideale Anlaufstelle für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet der Quantenmagnetometrie. Die Einsatzgebiete der Technologien und Messsysteme reichen von der Materialanalyse über die industrielle Prozessüberwachung, die Prüfung von Raumfahrt-Equipment oder Nanoelektronik bis hin zu biomedizinischen Anwendungen.
Mit dem breiten Angebot an hochauflösenden und hochempfindlichen Messsystemen bietet Fraunhofer die passende Quantensensorlösung für unterschiedlichste Mess- oder Entwicklungsanforderungen.

Die Institute
Fraunhofer IAF
Die Optimierung komplexer elektronischer Schaltkreise, die Sichtbarmachung einzelner Bits in elektronischen Speichermedien oder ein Blick in die winzigen Magnetfelder von Herz und Gehirn zur Verbesserung der medizinischen Diagnostik – diese Ziele verfolgen wir am Fraunhofer IAF mit Hilfe der diamantbasierten Quantensensorik.
Unsere Quantensensoren erreichen in der Kombination von räumlicher Auflösung und Empfindlichkeit herausragende Eigenschaften. Verschiedene Sensorprinzipien lassen sich miteinander kombinieren und erlauben sehr kompakte Bauformen bis hin zum vollständigen System. Aufgrund der besonderen physikalischen Eigenschaften funktionieren Diamant-Quantensensoren bei Raumtemperatur und sind damit ideal für industrielle Anwendungen.
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Fraunhofer IWM
Am Fraunhofer IWM erforschen wir, wie schwache magnetische Signale in beanspruchten Materialproben zur Früherkennung von Defekten genutzt werden können und wie wir dieses Verständnis für industrielle Anwendungen nutzbar machen können. Um diese Defekte im Magnetfeld der Mikroproben frühzeitig zu erkennen, sind jedoch Magnetsensoren erforderlich, die wesentlich empfindlicher sind und eine höhere räumliche Auflösung erlauben als aktuelle Systeme. Hierfür nutzen wir hochempfindliche Quantenmagnetometer.
Da wir an der Spitze der angewandten Forschung an der Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Industrie stehen, bieten wir unseren Partnern die Möglichkeit, Teil der nächsten Schritte in der Materialwissenschaft zu sein, die durch Quantenmagnetometrie ermöglicht werden.
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Unsere Expertinnen und Experten
Ausgewählte Projekte

Fraunhofer-Leitprojekt »QMag«
Das Applikationslabor Quantensensorik am Fraunhofer IAF wurde im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts »QMag«, kurz für Quantenmagnetometrie, errichtet. In »QMag« haben sich fünf deutsche Fraunhofer-Institute und das britische Fraunhofer CAP zusammengeschlossen, um Quantensensoren aus dem Labor in die Industrie zu bringen.
Das Projekt lief von 2019 bis 2023 und wurde mit 10 Mio. Euro zu gleichen Teilen von der Fraunhofer-Gesellschaft und dem Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg gefördert.

Das Projektkonsortium bestand aus:
- Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF
- Fraunhofer-Institut für Physikalisch Messtechnik IPM
- Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
- Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB
- Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM
- Fraunhofer Centre for Applied Photonics CAP
Akademisch beraten wurde das Konsortium von Prof. Dr. Jörg Wrachtrup von der Universität Stuttgart und von Prof. Dr. Svenja Knappe von der University of Colorado Boulder.

EU-Projekt »AMADEUS«
Im Rahmen des Applikationslabors Quantensensorik wird am EU-Projekt »AMADEUS« geforscht. In »AMADEUS« werden vier fortgeschrittene Anwendungen in der Quantensensorik bis TRL 6–7 verfolgt, um gesellschaftliche und wirtschaftliche Bedürfnisse zu erfüllen, für die es noch keine Lösung gibt.
Im Mittelpunkt des Projekts steht die Detektion von Defekten in Halbleiterbauelementen mittels Weitfeldmagnetometer, um eine schnelle Defektcharakterisierung und ‑identifikation in der Halbleiterindustrie zu ermöglichen.
An dem Konsortium sind große Unternehmen, RTOs, KMUs und akademische Partner beteiligt. Es befasst sich mit der gesamten Wertschöpfungskette, vom Diamantmaterial bis hin zum System, das in der betrieblichen Umgebung arbeitet, entlang derer der Arbeitsplan organisiert ist. Die Partner werden das Material und die Komponenten herstellen, die in die operativen Systeme eingebaut werden.

Das Projektkonsortium besteht aus:
- THALES Research & Technology (TRT)
- Diatope GmbH
- Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF
- Interuniversitair Micro-Electronica Centrum (IMEC)
- THALES DMS France
- Universität Stuttgart
- TTI-Technologie-Transfer-Initiative GmbH an der Universität Stuttgart
- Robert Bosch GmbH