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Universität Basel

Mit Spins und Diamanten den Rätseln der Nanophysik auf der Spur

In einem Labor voller futuristisch anmutender Geräte beschäftigt sich Patrick Maletinsky mit der Aufgabe, die Quantenmechanik aus theoretischen Konzepten heraus- und zur technischen Anwendung hinzuführen.

Patrick Maletinsky
Patrick Maletinsky erforscht dünne magnetische Systeme auf atomarer Ebene mittels Quantensensoren. © Universität Basel

Dass Patrick Maletinsky in Basel als Physikprofessor arbeitet, verdanken wir paradoxerweise einem guten Chemielehrer. «Unser Chemielehrer in der Kantonsschule hat uns viel Quantenmechanik beigebracht. Am Ende war es dann dieser Aspekt, der mich am meisten faszinierte.» Maletinsky gehört zu den jüngeren Professoren in Basel und kann bereits auf eine beachtliche Laufbahn zurückblicken. Nach Studium und Doktorat an der ETH Zürich ging er als Postdoc an die Harvard University in die USA, wo er sich bereits mit der Entwicklung hochsensitiver Methoden zur Magnetfeldmessung auf kleinsten Längenskalen beschäftigte. Maletinsky wurde 2012 als Inhaber der Georg H. Endress Professur für Experimentalphysik gewählt, 2017 zum Associate und 2021 zum Full Professor der Universität Basel befördert.

Maletinsky leitet das Quantum Sensing Lab am Departement Physik in Basel als einer von über 30 Professor*innen des Nationalen Forschungsschwerpunkts QSIT. Seine Gruppe arbeitet erfolgreich an der Entwicklung von Sensoren, die auf quantenmechanischen Prinzipien beruhen und die zum Beispiel Magnetfelder mit hoher Präzision und Auflösung messen und abbilden können. Quantenphysik ist, etwas plakativ ausgedrückt, die Physik der kleinsten Objekte. Quantenphysiker wie Maletinsky verbringen ihre Zeit also mit der Erforschung von Atomen, Molekülen und dergleichen. «Mich und mein Team treibt die Frage an, welche nutzbringenden technischen Anwendungen sich mit der heutigen Quantenmechanik realisieren lassen.» Diese Anwendungen sieht er vor allem im Bereich der Sensoren, genauer gesagt: auf Quantenspins basierenden Magnetometern.

Dass er heute in Basel als Gruppenleiter arbeitet, bezeichnet Maletinksy als glücklichen Zufall. «Meine Forschung passt perfekt hierher: Einerseits brachte sie damals etwas völlig Neues an das Departement und anderseits gibt es viele konstruktive Überschneidungen zu den anderen Forschungsgruppen», erklärt der Physiker.

Quantenmikroskop zur Untersuchung magnetischer Materialien

2017 gründete Maletinsky, zusammen mit dem damaligen Postdoc Mathieu Munsch das Start-up Qnami mit dem Ziel, eine quantenmechanische Lösung für Hochpräzisionsmessungen anzubieten. Qnami konnte innert weniger Jahre signifikante Investitionen sichern und bereits 2019 mit dem Gerät ProteusQ die weltweit erste und einzigartige Quantumplattform für die Materialanalyse in Nanometerauflösung präsentieren. Mit Hilfe dieser entwickeln Wissenschaftler und F&E-Ingenieure heute fortschrittliche Materialien für zukünftige Anwendungen in der Elektronik oder im Gesundheitswesen. Weiter in Qnami involviert sind heute ehemalige Forschende des Departements Physik der Universität Basel, des Swiss Nanoscience Institute und des Paul Scherrer Instituts (PSI).

Van der Waals-Magneten auf der Spur

Im Jahr 2019 erhielt Patrick Maletinsky einen ERC Consolidator Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC) für sein Forschungsprojekt «QS2DM – Quantum sensing of two-dimensional magnets». Mit in Basel entwickelten Quantensensoren werden atomar dünne magnetische Systeme untersucht mit dem Ziel, die Magnete näher an mögliche Anwendungen in der Spintronik zu bringen. Das Projekt wird vom ERC über fünf Jahre mit rund 2.3 Millionen Euro gefördert.

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