Pokrok v technológii senzorov založený na najnovšom výskume diamantu

Vysoko integrovaný vektorový magnetometer vyvinutý Fraunhoferovým inštitútom pre aplikovanú fyziku tuhého stavu (IAF) využíva voľné pracovné miesta dusíka (NV) v diamante na detekciu extrémne malé magnetické polia, ktoré boli predtým nedosiahnuteľné z hľadiska flexibility a presnosti.

 

Tento miniatúrny merací systém otvára nové možnosti pre aplikácie, ktoré si vyžadujú hodnoty s vysokou presnosťou a minimálne rušenie, ako je biochemická analýza nervových dráh a presné merania v mikroelektronike.

 

Jedinečný znak magnetometra NV Vector Magnetometer založený na diamante spočíva v jeho natívnej a intuitívnej funkcii, ktorá jej umožňuje presne zmerať vektorové komponenty magnetického poľa Zeme za väčšiny pracovných podmienok. Vďaka tomu je senzor nielen technologická inovácia, ale aj významný pokrok v technológii senzorov, “vysvetlil Dr. Michael Stoebe, manažér obchodnej jednotky Quantum Devices vo Fraunhofer IAF.

 

Unikátna vlastnosť centier NV usporiadaných pozdĺž štyroch kryštálových osí v diamantovej mriežke umožňuje detekovať všetky vektorové komponenty magnetického poľa pomocou jedného čipu snímača vyrobeného z<100>diamant.

 

To významne znižuje potrebu komplexnej kalibrácie a rozširuje potenciálny rozsah aplikácií, čím prekoná obmedzenia tradičných magnetometre. Tento senzor revolucionalizuje výskum vo viacerých oblastiach, čo predstavuje významný pokrok vo vývoji presnejších a efektívnejších technológií merania.

 

Vedci z Inštitútu IAF Fraunhoferu úspešne znížili veľkosť svojho integrovaného kvantového magnetometra o 30 -krát za jeden rok. V súčasnosti sú senzorové hlavy kompaktnejšie, s rozmermi porovnateľnými s tradičnými opticky čerpanými komorovými magnetometrami (OPMS), ktoré sa bežne používajú v priemysle, pričom si zachovávajú vysokú citlivosť na úrovni Petra. Tento systém založený na diamantoch má významné výhody oproti konkurenčným technológiám kvôli jeho trvanlivosti a širokému rozsahu merania, vďaka čomu je vysoko prispôsobiteľný rôznym scenárom merania s potrebnou minimálnou kalibráciou.

 

Tvrdo pracujeme na dosiahnutí vyššej hustoty integrácie a zároveň zlepšuje citlivosť. Naším cieľom budúci rok je zmenšiť veľkosť senzora opäť 5 -krát, a zároveň zlepšiť citlivosť na dosiahnutie meraní v rozsahu Epitesla, “zdôraznil Dr. Michael Stoebe.

 

Kľúčovým znakom integrovaného kvantového magnetometra vyvinutého spoločnosťou Fraunhofer IAF je jeho voliteľná funkcia chladenia vody, ktorá umožňuje stabilné a spoľahlivé merania magnetického poľa aj za tvrdých prevádzkových podmienok. Flexibilita tohto dizajnu a integrácie je vynikajúca najnovší prototyp senzorov tohto výskumného ústavu, ktorý sa nachádza vo Freiburgu.

 

Prijímame prístup zameraný na aplikáciu, aby sme neustále rozvíjali náš senzorový systém a splnili osobné požiadavky pre náš systém, “povedal Dr. Michael Kunzer, projektový manažér Fraunhofer IAF.

 

Okrem vylepšení systému, Fraunhofer IAF tiež zvyšuje jadrovú zložku senzora - Diamantová snímacia hlava dotkovaná dusíkom (NV). Tento syntetický diamant sa pestuje v špecializovanom reaktore inštitútu a transformuje sa na kvantové zariadenia presne nahradením atómov uhlíka atómami dusíka. Výskumný inštitút v súčasnosti plánuje v budúcom roku rozšíriť súčasné dva palce ultra čisté diamantové čipy na štvorcové čipy, aby sa dosiahla výroba priemyselného rozsahu.

 

Aj keď dnešné navigačné systémy majú vysokú presnosť a široké pokrytie, často sú náchylné na rušenie a nemusia byť k dispozícii na všetkých miestach. Preto sú stále dôležitejšie alternatívne metódy navigácie, ktoré fungujú nezávisle od globálnych navigačných satelitných systémov (GNSS).

 

Magnetické pole Zeme je sľubným základom, pretože vykazuje regionálne rozdiely a môže sa použiť ako neviditeľná mapa pre autonómnu navigáciu, najmä v oblastiach, kde sú signály GPS prerušené alebo ťažko dostupné.

 

Kvantový senzor vyvinutý Fraunhofer IAF môže vytvoriť komplexnú mapu magnetického poľa a na základe nej poskytnúť spoľahlivú navigáciu. Vektorový magnetometer poskytuje autonómnu metódu polohovania a navigácie bez rušenia a na interferenciu. Môže dopĺňať satelitnú navigáciu a pracovať bez satelitných signálov, ako sú podvodné, kaňony, podzemné, vnútri budov alebo tunelov.

 

Kvantový magnetometer vyvinutý Fraunhoferovým inštitútom pre aplikovanú fyziku (IAF) môže presne a bezkontaktný lokalizovať podzemné ložiská minerálov, čím sa získa cenné zdroje. Môže tiež zistiť veľké oblasti nevysvetlenej munície, čo výrazne zníži riziko pre obyvateľov v postihnutých oblastiach.