Schnelltest zur Stabilität und Materialverträglichkeit von Biopharmazeutika
Die Verwendung von Stickstoff-Vakanz (NV)-Spins in Diamant für die magnetische Bildgebung ist eine leistungsfähige Technik zur Messung magnetischer Ordnungen im submikroskopischen Bereich. Diese Technik wird zunehmend für die Untersuchung von 2D-Materialien eingesetzt, da sie eine hohe Empfindlichkeit bei gleichzeitig hoher räumlicher Auflösung bietet. Eine Herausforderung besteht darin, die NV-Zentren in einem genau definierten Abstand im Nanometerbereich zum Zielmaterial zu positionieren. Nur so ist es möglich, die sehr kleinen Magnetfelder zu detektieren, die von magnetischen Monolagen einiger 2D-Materialien erzeugt werden. Die Gruppe von Toeno van der Sar an der TU Delft hat dazu eine interessante Arbeit veröffentlicht. [1] Die Gruppe hat eine "Trockentransfer"-Technik entwickelt, um eine Diamantmikromembran mit NV-Zentren direkt auf eine CrSBr-Probe zu übertragen. CrSBr ist ein antiferromagnetisches 2D-Material. Mit dieser Technik wird ein enger Kontakt zwischen Diamant und Probe erreicht, was für die Detektion schwacher Magnetfelder entscheidend ist. Der direkte Kontakt zwischen der Diamantmembran und dem 2D-Magneten ist einer der Hauptvorteile dieser Technik. Die Methode minimiert das Risiko von Kontaminationen an der Grenzfläche und kann in einer Inertgasatmosphäre eingesetzt werden, was sie für luftempfindliche 2D-Magnetmaterialien geeignet macht. Durch die Nähe der NV-Sensoren im Diamant zur Probe konnten die magnetischen Streufelder des CrSBr räumlich aufgelöst werden, die nur auftreten, wenn sich die Dicke des CrSBr um eine ungerade Anzahl von Schichten ändert. Aus dem magnetischen Streufeld einer einzelnen unkompensierten ferromagnetischen Schicht in CrSBr wurde eine Monolagenmagnetisierung von MCSB = 0,46(2) T gemessen, ohne dass Monolagenkristalle abgeschält oder große externe Magnetfelder angelegt werden mussten.
Die Messung wurde mit einer Cryostation von Montana Instruments durchgeführt. Dieser optische Kryostat mit integriertem Objektiv bietet die für die Messung des PL-Spektrums von NV-Zentren erforderliche Vibrationsstabilität und hohe NA. Aus dem PL-Spektrum kann auf die Magnetisierung geschlossen werden.
[1] Ghiasi, T.S., Borst, M., Kurdi, S. et al. Nitrogen-vacancy magnetometry of CrSBr by diamond membrane transfer. npj 2D Mater Appl 7, 62 (2023)