Высокоинтегрированный векторный магнитометр, разработанный Институтом прикладной физики твердого тела им. Фраунгофера IAF, использует вакансии азота (NV) в алмазе для обнаружения чрезвычайно малых магнитных полей с уровнем гибкости и точности, ранее невозможным.
Эта миниатюрная измерительная система открывает новые возможности для применения в областях, требующих высокоточных измерений с минимальным вмешательством, таких как биохимический анализ нервных путей и прецизионные измерения в микроэлектронике.
«Что делает векторный магнетометр на основе алмаза таким особенным, так это его естественная и интуитивно понятная функциональность, которая позволяет точно измерять векторные компоненты магнитного поля Земли в большинстве рабочих условий. Это делает датчик не только технической инновацией, но и значительным шагом вперед в области сенсорных технологий», — объясняет доктор Майкл Штобе, руководитель отдела квантовых устройств в Fraunhofer IAF.
Уникальные свойства NV-центра в решетке алмаза, выровненного по четырем осям кристалла, позволяют обнаруживать все векторные компоненты магнитного поля с помощью одного сенсорного чипа, изготовленного из <100> алмаза.
Это значительно снижает потребность в сложной калибровке и расширяет спектр потенциального применения за пределы возможностей обычных магнитометров. Этот датчик меняет подход к исследованиям во многих областях и знаменует собой важный шаг в разработке более точных и эффективных измерительных технологий.
Повышенная плотность и чувствительность интеграции
Исследователи из Института Фраунгофера IAF успешно уменьшили размер своего интегрированного квантового магнитометра в 30 раз всего за один год. Теперь сенсорная головка компактна и сопоставима по размеру с обычными магнитометрами с оптической накачкой (OPM), которые обычно используются в промышленности, при этом сохраняя высокую чувствительность в диапазоне пикотесла. Эта система на основе алмазов обладает значительными преимуществами перед конкурирующими технологиями благодаря своей надёжности и широкому диапазону измерений, что делает её легко адаптируемой для различных сценариев измерений с минимальной необходимостью калибровки.
«Мы стремимся к ещё большей плотности интеграции при одновременном повышении чувствительности. Наша цель на следующий год — снова уменьшить размер сенсора в 5 раз, одновременно повышая чувствительность, чтобы можно было проводить измерения в субпикотесловом диапазоне», — подчёркивает доктор Майкл Штёбе.
Ключевой особенностью интегрированных квантовых магнитометров, разработанных Fraunhofer IAF, является их опциональное водяное охлаждение, которое обеспечивает стабильные и надёжные измерения магнитного поля даже в сложных условиях эксплуатации. Такой уровень гибкости в проектировании и интеграции отличает последние прототипы датчиков, разработанные во Фрайбургском институте.
«Мы применяем ориентированный на применение подход к непрерывной разработке наших сенсорных систем и учитываем индивидуальные требования к нашим системам», — говорит доктор Михаэль Кунцер, руководитель проекта в Fraunhofer IAF.
Наряду с усовершенствованием системы, Fraunhofer IAF также совершенствует основной компонент сенсора — алмазную сенсорную головку, легированную азотом и вакансиями (NV). Синтетический алмаз выращивается в специализированных реакторах института и преобразуется в квантовые устройства путём точной замены атомов углерода на атомы азота. В следующем году планируется увеличить размер ультрачистых алмазных пластин с двух до четырёх дюймов, что позволит наладить производство в промышленных масштабах.
GNSS — безопасная навигация без GPS
Несмотря на высокую точность и охват, современные навигационные системы часто подвержены помехам и доступны не везде. Поэтому альтернативные методы навигации, работающие независимо от глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), приобретают всё большее значение.
Магнитное поле Земли является многообещающей основой для этого, поскольку оно демонстрирует региональные различия, которые можно использовать в качестве невидимой карты для автономной навигации, особенно в районах, где сигналы GPS прерываются или их трудно принять.
Квантовый датчик, разработанный в Институте Фраунгофера IAF, позволяет создавать подробные карты магнитного поля и обеспечивать надёжную навигацию на их основе. Векторный магнитометр предлагает автономный метод глобального позиционирования и навигации, не подверженный помехам. Он дополняет спутниковую навигацию и работает без спутниковых сигналов, например, под водой, в каньонах, под землёй, в зданиях или в туннелях.
Геологические измерения быстро и бесконтактно
Квантовый магнитометр, разработанный Fraunhofer IAF, позволяет точно и бесконтактно определять местонахождение подземных месторождений полезных ископаемых, тем самым обеспечивая доступ к ценным ресурсам. Он также может обнаруживать неразорвавшиеся боеприпасы на больших территориях, значительно снижая риск для людей в пострадавших районах.
Используя тот же принцип, что и в навигации, можно делать выводы о геологических образованиях, основываясь на составе земной коры и её магнитном поле. Таким образом можно обнаружить магнитные аномалии, такие как залежи руды или металлические предметы, например неразорвавшиеся боеприпасы.
Собранные данные могут быть преобразованы в магнитные карты, которые показывают расположение подозрительных объектов и предоставляют информацию об их глубине, форме и размере. Этот метод позволяет проводить комплексное и неинвазивное исследование поражённых участков и определять местоположение даже глубоко залегающих объектов.
Ещё больше новостей читайте на нашем сайте.
А при покупке получите персональную скидка 5% на любой понравившейся ноутбук на нашем сайте.
Для этого при оформлении заявки сообщите менеджеру о том что узнали о нас на Дзене, и попросите его выставит эту скидку в вашем заказе.