Berlin (Berlin Morgen Zeitschrift) – Ein chinesisch-deutsches Forschungsteam hat einen kompakten magnetischen Sensor vorgestellt, der bei Raumtemperatur extrem schwache Magnetfelder erkennen kann – etwa eine Milliarde Mal schwächer als das Magnetfeld der Erde – und dabei weder eine kryogene Kühlung noch große abgeschirmte Räume benötigt, die normalerweise mit einer solchen Empfindlichkeit einhergehen.
Das Gerät, das als Levitated Magnet Magnetometer (LeMaMa) bezeichnet wird, verwendet eine winzige Scheibe aus einem Permanentmagneten, die in einem Vakuum als nahezu reibungsfreie „schwebende Kompassnadel“ aufgehängt ist, wobei ihre winzigen Auslenkungen mithilfe einer Laseroptik ausgelesen werden, um magnetische Veränderungen zu messen.
Wie funktioniert das schwebende Magnetometer?
Im Kern von LeMaMa befindet sich eine 0,4 Millimeter dicke Scheibe aus einem Permanentmagneten, die etwa die Größe eines Reiskorns hat und in einer etwa so großen Vakuumkammer wie eine Brotdose schwebt. Der obere Magnet erzeugt Auftrieb, um die Schwerkraft auszugleichen, während diamagnetische Materialien am Boden dazu beitragen, das Gleichgewicht des Magneten aufrechtzuerhalten, wodurch ein äußerst einfaches und reibungsfreies, achsenloses magnetisches Schwebesystem entsteht. Ein solches System ermöglicht es, den schwebenden Magneten mithilfe eines externen Magnetfeldes sehr geringfügig zu bewegen.
Die Verschiebung des Magneten wird mithilfe eines Laserstrahls gemessen, der vom schwebenden Magneten reflektiert und in Messungen des Magnetfeldes umgewandelt wird. Die gesamte Konstruktion befindet sich auf einer schwingungsisolierten Plattform, um Umgebungsgeräusche zu beseitigen, funktioniert jedoch bei Raumtemperatur ohne Kryogene, warme Dampfzellen oder magnetische Abschirmungen, die von konkurrierenden Magnetometern verwendet werden.
Welche Leistungswerte erreicht das Gerät?
Die von der Gruppe erreichte magnetische Empfindlichkeit beträgt 32 Femtotesla pro Quadratwurzel Hertz (32 fT/√Hz). Es ist wichtig zu beachten, dass diese Kennzahl LeMaMa ebenso empfindlich wie SQUIDs und einige Atommagnetometer macht. Um die Größenordnung der erreichten Empfindlichkeit zu verstehen, ist es wichtig zu beachten, dass das Magnetfeld der Erde im Bereich von mehreren zehn Mikrotesla liegt, was bedeutet, dass die Empfindlichkeit einen Teil von einer Milliarde des Umgebungsfeldes erkennen kann.
Wer hat den Sensor entwickelt und wo wurde er veröffentlicht?
Die Entdeckung wurde durch die gemeinsame Arbeit der School of Physics der Peking-Universität in China und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz in Deutschland ermöglicht, die mit dem Helmholtz-Institut Mainz verbunden ist. Der korrespondierende Autor dieser wissenschaftlichen Arbeit ist Professor Ji Wei von der Peking-Universität, der die Experimente durchführte. Die Studie wurde einem Peer-Review unterzogen und am 6. August 2026 in Science veröffentlicht. Ihr Titel lautet „Levitated sensor for magnetometry in ambient environment“.
Auf welche Anwendungen zielen die Forscher zunächst ab?
Das Team betont die Grundlagenphysik als unmittelbares Forschungsgebiet, da das LeMaMa-Gerät bereits bei der Suche nach axionartiger Dunkler Materie eingesetzt wird, bei der selbst kleinste magnetische und Kraftsignale neuartige Teilchen sichtbar machen könnten.
„Es kann bei Raumtemperatur und im Magnetfeld der Erde arbeiten und macht damit die Kühlung und Erwärmung mit flüssigem Helium sowie große abgeschirmte Räume überflüssig“,
heißt es in Medienberichten, die das praktische Potenzial für solche rauscharme Messungen hervorheben.
Neben den Untersuchungen zur Dunklen Materie eignet sich die Empfindlichkeit des Instruments auch für Magnetoenzephalografie-ähnliche Gehirnscans, bei denen die von elektrischen Strömen im Gehirn erzeugten Magnetfelder die neurologische Aktivität abbilden. Obwohl die im August 2026 veröffentlichte Arbeit hauptsächlich instrumenteller und nicht klinischer Natur ist, sieht das Team biomedizinische Sensoren, magnetische Bildgebung und geophysikalische Untersuchungen als mögliche Bereiche, in denen solche Miniatur-Magnetometer einen Durchbruch erzielen könnten.
Wie lässt sich dies mit früheren Experimenten mit schwebenden Magneten vergleichen?
LeMaMa kommt zu einem Zeitpunkt, an dem schwebende mechanische Sensoren bereits neue Maßstäbe für Präzisionsmessungen setzen.
So zeigte beispielsweise eine von der Rice University geleitete Gruppe im September 2026, wie sie schwebenden Magnetismus eingesetzt hatte, um ultr schwere Teilchen der Dunklen Materie zu erkennen, indem sie Kräfte bei Bewegungen im Umfang von einem Hundertstel des Durchmessers eines Atoms maß. Das System benötigte jedoch ein supraleitendes Material, das nahe der absoluten Nulltemperatur gehalten wurde, im Gegensatz zu den Raumtemperaturbedingungen von LeMaMa. Im früheren Verlauf des Jahres 2026 nutzten andere Forschungsgruppen schwebende Rotoren und die magnetische Präzession von Teilchen als Sensoren für Wechselstromfelder.
