Postęp w technologii czujników w oparciu o najnowsze badania nad Diamond

Wysoce zintegrowany magnetometr wektorowy opracowany przez Fraunhofer Institute for Applied State State Physics (IAF) wykorzystuje wakatami azotu (NV) w diamencie do wykrywania wyjątkowo małych pól magnetycznych, które wcześniej były nieosiągalne pod względem elastyczności i dokładności.

 

Ten miniaturowy system pomiaru otwiera nowe możliwości zastosowań, które wymagają bardzo precyzyjnych odczytów i minimalnej interferencji, takich jak analiza biochemiczna szlaków nerwowych i pomiary precyzyjne w mikroelektronice.

 

Unikalna cecha magnetometru wektora NV opartego na diamentie jest jego natywna i intuicyjna funkcjonalność, która umożliwia dokładne pomiar składników wektorowych pola magnetycznego Ziemi w większości warunków pracy. To sprawia, że czujnik jest nie tylko innowacją technologiczną, ale także znaczącym postępem w technologii czujników ” - wyjaśnił dr Michael Stoebe, kierownik jednostki biznesowej Canszum Devices w Fraunhofer IAF.

 

Unikalna właściwość centrów NV ułożonych wzdłuż czterech osi krystalicznych w sieci diamentowej umożliwia wykrycie wszystkich składników wektorowych pola magnetycznego za pomocą pojedynczego czujnika z czujnika wykonanego z<100>diament.

 

To znacznie zmniejsza potrzebę złożonej kalibracji i rozszerza potencjalny zakres aplikacji, przekraczając ograniczenia tradycyjnych magnetometrów. Ten czujnik rewolucjonizuje badania w wielu dziedzinach, co oznacza znaczny postęp w opracowywaniu dokładniejszych i wydajnych technologii pomiarowych.

 

Naukowcy z Fraunhofer IAF Institute z powodzeniem zmniejszyli wielkość zintegrowanego magnetometru kwantowego o 30 razy w ciągu zaledwie jednego roku. W dzisiejszych czasach głowy czujników są bardziej zwarte, z wymiarami porównywalnymi z tradycyjnymi optycznie pompowanymi magnetometami komory (OPM) powszechnie stosowanymi w branży, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej czułości na poziomie Petra. Ten system oparty na diamencie ma znaczące zalety w stosunku do konkurencyjnych technologii ze względu na jego trwałość i szeroki zakres pomiaru, co czyni go wysoce dostosowującymi do różnych scenariuszy pomiarowych z minimalną wymaganą kalibracją.

 

Ciężko pracujemy, aby osiągnąć wyższą gęstość integracji przy jednoczesnym poprawie wrażliwości. Naszym celem w przyszłym roku jest zmniejszenie wielkości czujnika o 5 razy, przy jednoczesnym poprawie wrażliwości na osiągnięcie pomiarów w zakresie epitesli - podkreślił dr Michael Stoebe.

 

Kluczową cechą zintegrowanego magnetometru kwantowego opracowanego przez Fraunhofera IAF jest jego opcjonalna funkcja chłodzenia wody, która umożliwia stabilne i niezawodne pomiary pola magnetycznego nawet w trudnych warunkach pracy. Elastyczność tego projektu i integracji wyróżnia najnowszy prototyp czujnika tego instytutu badawczego w Freiburg.

 

Przyjmujemy podejście zorientowane na aplikację do ciągłego rozwijania naszego systemu czujników i spełniających spersonalizowane wymagania dla naszego systemu ”-powiedział dr Michael Kunzer, kierownik projektu Fraunhofer IAF.

 

Oprócz ulepszeń systemu, Fraunhofer IAF wzmacnia również podstawowy element czujnika - domieszkowanej diamentu głowicy wykrywającej diety. Ten syntetyczny diament jest uprawiany w dedykowanym reaktorze instytutu i przekształcany w urządzenia kwantowe przez precyzyjne zastąpienie atomów węgla atomami azotu. Obecnie Instytut Research planuje rozszerzyć obecne dwucalowe ultra czyste chipsy diamentowe do czterech cali chipsów w przyszłym roku, aby osiągnąć produkcję w skali przemysłowej.

 

Chociaż dzisiejsze systemy nawigacyjne mają wysoką dokładność i szerokie zasięg, są często podatne na zakłócenia i mogą nie być dostępne we wszystkich miejscach. Dlatego alternatywne metody nawigacji, które działają niezależnie od globalnych systemów satelitarnych nawigacyjnych (GNS), stają się coraz ważniejsze.

 

Pole magnetyczne Ziemi jest obiecującym fundamentem, ponieważ wykazuje różnice regionalne i może być używane jako niewidoczna mapa autonomicznej nawigacji, szczególnie w obszarach, w których sygnały GPS są przerywane lub trudne do otrzymania.

 

Czujnik kwantowy opracowany przez Fraunhofera IAF może utworzyć kompleksową mapę pola magnetycznego i zapewnić na nim niezawodną nawigację. Magnetometr wektorowy zapewnia autonomiczną i wolną od zakłóceń globalną metodę pozycjonowania i nawigacji. Może uzupełniać nawigację satelitarną i pracować bez sygnałów satelitarnych, takich jak podwodne, kaniony, podziemne, wewnętrzne budynki lub tunele.

 

Magnetometr kwantowy opracowany przez Fraunhofer Institute for Applied Physics (IAF) może dokładnie i bezkonaktować podziemne depozyty mineralne, uzyskując w ten sposób cenne zasoby. Może również wykryć duże obszary niewybuchu, co znacznie zmniejszając ryzyko dla mieszkańców na dotkniętych obszarach.