Progress sensoru tehnoloģijā, pamatojoties uz jaunākajiem dimanta pētījumiem

Augsti integrētais vektora magnetometrs, ko izstrādājis Fraunhofera lietišķā cietvielu fizikas institūts (IAF), dimantā izmanto slāpekļa vakances (NV), lai atklātu īpaši mazus magnētiskos laukus, kas iepriekš nebija sasniedzami elastības un precizitātes ziņā.

 

Šī miniatūras mērīšanas sistēma paver jaunas iespējas lietojumprogrammām, kurām nepieciešami augstas precizitātes rādījumi un minimāli traucējumi, piemēram, neironu ceļu bioķīmiskā analīze un precizitātes mērījumi mikroelektronikā.

 

NV vektora magnetometra unikālā iezīme, kas balstīta uz dimantu, atrodas tā dabiskajā un intuitīvajā funkcionalitātē, kas lielākajā daļā darba apstākļu ļauj precīzi izmērīt Zemes magnētiskā lauka vektora komponentus. Tas padara sensoru ne tikai par tehnoloģisku jauninājumu, bet arī par nozīmīgu progresu sensoru tehnoloģijā, "skaidroja Dr Michael Stoebe, Fraunhofer IAF kvantu ierīču biznesa vienības vadītājs.

 

NV centru unikālā īpašība, kas izvietota gar četrām kristāla asīm dimanta režģī, ļauj noteikt visus magnētiskā lauka vektora komponentus, izmantojot vienu sensora mikroshēmu<100>dimants.

 

Tas ievērojami samazina nepieciešamību pēc sarežģītas kalibrēšanas un paplašina potenciālo pielietojuma diapazonu, pārsniedzot tradicionālo magnetometru ierobežojumus. Šis sensors revolucionizē pētījumus vairākās jomās, iezīmējot ievērojamu progresu precīzāku un efektīvāku mērīšanas tehnoloģiju izstrādē.

 

Fraunhofer IAF institūta pētnieki ir veiksmīgi samazinājuši tā integrētā kvantu magnetometra lielumu par 30 reizes tikai viena gada laikā. Mūsdienās sensoru galvas ir kompaktākas, un izmēri ir salīdzināmi ar tradicionālajiem optiski sūknētajiem kameras magnetometriem (OPM), ko parasti izmanto nozarē, vienlaikus saglabājot augstu jutīgumu PETRA līmenī. Šai dimantu balstītai sistēmai ir ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar konkurējošām tehnoloģijām, ņemot vērā tās izturību un plašo mērījumu diapazonu, padarot to ļoti pielāgojamu dažādiem mērījumu scenārijiem ar minimālu kalibrēšanu.

 

Mēs smagi strādājam, lai sasniegtu augstāku integrācijas blīvumu, vienlaikus uzlabojot jutīgumu. Mūsu mērķis nākamais gads ir sensora lieluma samazināšana par 5 reizes atkal, vienlaikus uzlabojot jutīgumu, lai sasniegtu mērījumus Epitesslas diapazonā, "uzsvēra Dr. Maikls Stoebe.

 

Fraunhofer IAF izstrādātā integrētā kvantu magnetometra galvenā iezīme ir tā izvēles ūdens dzesēšanas funkcija, kas nodrošina stabilus un uzticamus magnētiskā lauka mērījumus pat skarbos darba apstākļos. Šī dizaina un integrācijas elastība padara izcilu šī pētniecības institūta, kas atrodas Freiburgā, jaunākais sensora prototips.

 

Mēs izmantojam uz lietojumprogrammu orientētu pieeju, lai nepārtraukti izstrādātu mūsu sensoru sistēmu un izpildītu personalizētas prasības mūsu sistēmai, "sacīja Dr Michael Kunzer, Fraunhofer IAF projekta vadītājs.

 

Papildus sistēmas uzlabojumiem Fraunhofer IAF uzlabo arī sensora galveno komponentu - slāpekļa vakances (NV) leģētu dimanta sensoru galvu. Šis sintētiskais dimants tiek audzēts institūta speciālajā reaktorā un pārveidots par kvantu ierīcēm, precīzi aizstājot oglekļa atomus ar slāpekļa atomiem. Pašlaik Pētniecības institūts plāno paplašināt pašreizējās divu collu Ultra Pure Diamond mikroshēmas līdz četrām collu mikroshēmām nākamgad, lai sasniegtu rūpnieciskā mēroga ražošanu.

 

Lai arī šodienas navigācijas sistēmām ir augsta precizitāte un plašs pārklājums, tās bieži ir jutīgas pret traucējumiem un, tās, iespējams, nav pieejamas visās vietās. Tāpēc alternatīvas navigācijas metodes, kas darbojas neatkarīgi no globālām navigācijas satelītu sistēmām (GNSS), kļūst arvien svarīgākas.

 

Zemes magnētiskais lauks ir daudzsološs pamats, jo tam ir reģionālās atšķirības, un to var izmantot kā neredzamu karti autonomai navigācijai, it īpaši apgabalos, kur GPS signāli ir pārtraukti vai ir grūti saņemt.

 

Fraunhofer IAF izstrādātais kvantu sensors var izveidot visaptverošu magnētiskā lauka karti un, pamatojoties uz to, nodrošināt uzticamu navigāciju. Vector magnetometrs nodrošina autonomu un bez traucējumiem bez globālās pozicionēšanas un navigācijas metodes. Tas var papildināt satelīta navigāciju un strādāt bez satelīta signāliem, piemēram, zemūdens, kanjoniem, pazemē, ēku iekšpusē vai tuneļos.

 

Fraunhofera lietišķās fizikas institūta (IAF) izstrādātais kvantu magnetometrs var precīzi un bezkontakta atrast pazemes minerālu atradnes, tādējādi iegūstot vērtīgus resursus. Tas var arī atklāt lielas nesprāgušās munīcijas platības, ievērojami samazinot risku skartajiem apgabaliem iedzīvotājiem.