Qnami — Mit Diamanten zu präzisen Bildern

Das SNI hat neue Nachbarn – hinter Qnami stecken Quanten, Nano und Mikro und das dreiköpfige Team mit Mathieu Munsch, Patrick Maletinsky und Felipe Favaro.

Im 4. Stock des Departement Physik hat das Swiss Nanoscience Institute einen neuen Nachbarn bekommen. Gegenüber der SNI-Geschäftsführerin Claudia Wirth ist Qnami eingezogen – das Start-up-Unternehmen von Dr. Mathieu Munsch und dem Georg-H.-Endress-Professor Dr. Patrick Maletinsky. In diesem Portrait stellen wir die junge Firma vor, die Quantensensoren herstellt und Kunden umfassend bei deren Anwendung unterstützt.

Impuls in Arosa
Die noch junge Geschichte des Start-up Unternehmens Qnami begann beim General Meeting des Nationalen Forschungsschwerpunktes (NFS) QSIT in Arosa im Februar 2016. Ein inspirierender Vortrag über Unternehmertum, eine gemeinsame Heimfahrt von Patrick Maletinsky und Mathieu Munsch – und die Idee war geboren, eine eigene Firma zu gründen.

Es blieb nicht nur bei dem Gedanken. Bereits im März 2016 begannen die beiden jungen Physiker mit Unterstützung des NFS QSIT, Qnami aufzubauen. Mathieu Munsch, zu dieser Zeit Postdoc in der Gruppe von Professor Richard Warburton am Departement Physik, sollte als CEO die Geschäfte führen und Patrick Maletinsky als Professor und Leiter der Gruppe «quantum sensing» für den wissenschaftlichen Input sorgen. Die Geschäftsidee für Qnami ist es, Diamanten als präzise und sensible Quantensensoren einzusetzen und diese als Sonden für rasterkraftmikroskopische Untersuchungen bereit zu stellen.

Elektronen in Stickstoff-Vakanz-Zentren in einem winzigen Diamanten werden zur Aussendung eines Lichtsignals angeregt. Dieses optische Signal nutzt Qnami, um Bilder von elektrischen und magnetischen Feldern mit hoher Auflösung zu generieren.

Nützliche Fehlstellen
Die verwendeten winzigen Diamanten besitzen Fehlstellen in ihrem Kristallgitter, bei denen ein Kohlenstoffatom durch ein Stickstoffatom ausgetauscht wurde und sich direkt daneben eine Leerstelle befindet. Diese Stickstoff-Vakanz-Zentrum (NV-Zentrum) genannten Defekte kommen auch bei natürlichen Diamanten vor und verleihen den Edelsteinen dann eine rötliche Farbe. Das Qnami-Team produziert die Fehlstellen in seinen Diamanten ganz gezielt und nutzt die Tatsache, dass in den NV-Zentren einzelne Elektronen kreisen, die angeregt und manipuliert werden können. Der Eigendrehimpuls (Spin) und der elektrische Dipol dieser Elektronen sind sehr empfindlich gegenüber kleinen elektrischen und magnetischen Feldern. Wenn der Diamantsensor einem magnetischen oder elektrischen Feld ausgesetzt wird, kommt zu einer messbaren Änderung der Lumineszenz des NV-Zentrums, was sich mit einem optischen Gerät messen lässt.

Jeder Qnami-Diamant ist nur wenige Mikrometer gross und besitzt einen einzigen dieser Quantensensoren. Sie werden an einem winzigen Federbalken befestigt und in ein Rasterkraftmikroskop integriert, womit dann Bilder mit einer Auflösung im Nanometerbereich generiert werden können. Die Sensoren arbeiten bei Raumtemperatur ebenso gut wie bei Temperaturen nahe des absoluten Nullpunktes. Es können so die unterschiedlichsten Materialien untersucht und präzise Bilder von elektrischen oder magnetischen Feldern erstellt werden. Da Diamanten keine Wechselwirkung mit dem zu untersuchenden Material eingehen, eignen sie sich auch zur Analyse biologischer Proben.

Ausgereifte Technologie
Bereits seit einigen Jahren arbeitet Patrick Maletinsky mit seiner Gruppe an der Entwicklung dieser Quantensensoren, die sich die ganz eigenen Gesetze der Quantenwelt zunutze machen. Die Technologie ist jetzt soweit ausgereift, dass immer mehr Kollegen von der Qualität der Daten und dem breiten Einsatzbereich überzeugt sind und ebenfalls mit den Sensoren arbeiten möchten. «Es war abzusehen, dass die Nachfrage bald so hoch sein wird. Der Schritt, ein Start-up zu gründen, war also eigentlich naheliegend», bemerkt Patrick Maletinsky im Interview. Allen Interessierten steht mit Qnami jetzt ein kleines engagiertes Team zur Seite, das nicht nur in der Lage ist, die Quantensensoren zu liefern, sondern in Zukunft auch ein komplettes Mikroskop anbieten wird. Vor allem aber werden Kunden individuell beraten. Das Team sucht nach Lösungen für ganz unterschiedliche Fragestellungen und testet Ideen, die von den Anwendern kommen.

Aufbau des Netzwerks
Der CEO Mathieu Munsch ist zurzeit vor allem damit beschäftigt, ein Netzwerk aufzubauen. Dazu gehören potenzielle Kunden, Investoren und andere Start-ups. «Wir betreten hier einen ganz neuen Markt der Quantenprodukte», berichtet er. «Das ist Neuland für fast alle und daher ist es nicht einfach, Investoren zu finden.» Bisher wird Qnami vom NFS QSIT unterstützt. Wenn aber auch ein komplettes Mikroskop zum Angebot gehören soll, werden andere Geldgeber benötigt.

Erste Meilensteine
Verschiedene Meilensteine haben Patrick und Mathieu nun schon hinter sich. Sie haben einige akademische Partner ausgewählt, mit denen sie in dieser ersten Phase zusammenarbeiten. «Erfreulicherweise sind darunter auch Arbeitsgruppen, mit denen wir vorher noch nicht in Kontakt standen und die ganz neue Anwendungen untersuchen werden», erzählt Patrick Maletinsky. Am 1. Juni stiess mit Felipe Favaro der erste Mitarbeiter zu Qnami. Er hat bereits für seine Doktorarbeit an der Universität Stuttgart mit NV-Zentren in Diamanten und deren Herstellung gearbeitet und ist nun als CTO für die Fabrikation und die weitere Forschung und Entwicklung verantwortlich. Zurzeit stellt er die ersten Sensoren für die bisherigen Partner und Kunden her. Dazu produziert er zunächst eine ganze Reihe der winzigen Diamanten, testet und charakterisiert diese. Jede einzelne Diamantspitze muss dann noch manipuliert werden, was pro Spitze etwa einen Tag in Anspruch nimmt. Bis Ende des Jahres 2017 sollen alle Kunden, die bisher Interesse zeigten, ihre Quantensensoren erhalten und eingesetzt haben. Auch die Entwicklung eines kompletten Mikroskops soll bis Ende des Jahres weiter fortschreiten, sodass auch dieses den Kunden bald zur Verfügung steht.

Richtige Entscheidung
Mathieu, Felipe und Patrick gehen die vor ihnen liegenden Aufgaben enthusiastisch an und sind davon überzeugt, dass der Schritt einer Firmengründung richtig war. «Ich kann nur jedem empfehlen, diesen Schritt zu wagen, wenn die Idee gut ist», bestätigt Patrick Maletinsky, «man kann eigentlich nur gewinnen.» Mathieu Munsch fügt hinzu: «Die Arbeit unterscheidet sich teilweise gar nicht so sehr von einem anderen Job, aber wir können sehr viel direkter Einfluss auf die Gesellschaft nehmen.» Es liegt noch viel Arbeit vor dem Qnami-Team. Das SNI wünscht dabei viel Glück, drückt die Daumen für die kommenden spannenden Monate und wird die Entwicklung der Quantensensoren und von Qnami ganz aus der Nähe verfolgen und unterstützen.

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