Progreso en tecnología de sensores basado en la última investigación sobre diamante

El magnetómetro vectorial altamente integrado desarrollado por el Instituto Fraunhofer para Física de Estado Sólido Aplicado (IAF) utiliza vacantes de nitrógeno (NV) en diamantes para detectar campos magnéticos extremadamente pequeños, que anteriormente eran inalcanzables en términos de flexibilidad y precisión.

 

Este sistema de medición en miniatura abre nuevas posibilidades para aplicaciones que requieren lecturas de alta precisión e interferencia mínima, como el análisis bioquímico de vías neuronales y mediciones de precisión en microelectrónicas.

 

La característica única del magnetómetro del vector NV basado en el diamante se encuentra en su funcionalidad nativa e intuitiva, lo que le permite medir con precisión los componentes vectoriales del campo magnético de la Tierra en la mayoría de las condiciones de trabajo. Esto convierte al sensor no solo en una innovación tecnológica, sino también un avance significativo en la tecnología de sensores ", explicó el Dr. Michael Stoebe, gerente de la Unidad de Negocios de dispositivos cuánticos de Fraunhofer IAF.

 

La propiedad única de los centros NV dispuestos a lo largo de cuatro ejes de cristal en la red de diamantes hace posible detectar todos los componentes vectoriales del campo magnético utilizando un solo chip de sensor hecho de<100>diamante.

 

Esto reduce significativamente la necesidad de una calibración compleja y expande el rango de aplicación potencial, superando las limitaciones de los magnetómetros tradicionales. Este sensor está revolucionando la investigación en múltiples campos, marcando un avance significativo en el desarrollo de tecnologías de medición más precisas y eficientes.

 

Los investigadores del Instituto Fraunhofer IAF han reducido con éxito el tamaño de su magnetómetro cuántico integrado en 30 veces en solo un año. Hoy en día, las cabezas de los sensores son más compactas, con dimensiones comparables a los magnetómetros de cámara ópticamente bombeados (OPM) tradicionales que se usan comúnmente en la industria, al tiempo que mantienen una alta sensibilidad a nivel de PETRA. Este sistema basado en diamantes tiene ventajas significativas sobre las tecnologías competidoras debido a su durabilidad y amplio rango de medición, lo que lo hace altamente adaptable a varios escenarios de medición con requerido una calibración mínima.

 

Estamos trabajando duro para lograr una mayor densidad de integración mientras mejoramos la sensibilidad. Nuestro objetivo el próximo año es reducir el tamaño del sensor en 5 veces nuevamente, al tiempo que mejora aún más la sensibilidad para lograr mediciones dentro del rango de Epitesla ", enfatizó el Dr. Michael Stoebe.

 

Una característica clave del magnetómetro cuántico integrado desarrollado por Fraunhofer IAF es su función opcional de enfriamiento de agua, que permite mediciones de campo magnético estable y confiable incluso en condiciones de funcionamiento duras. La flexibilidad de este diseño e integración hace que el último prototipo de sensor de este instituto de investigación se destaque en Friburgo.

 

Adoptamos un enfoque orientado a la aplicación para desarrollar continuamente nuestro sistema de sensores y cumplir con los requisitos personalizados para nuestro sistema ", dijo el Dr. Michael Kunzer, gerente de proyectos de Fraunhofer IAF.

 

Además de las mejoras del sistema, Fraunhofer IAF también está mejorando el componente central del sensor: el cabezal de detección de diamante dopado con vacantes de nitrógeno (NV). Este diamante sintético se cultiva en el reactor dedicado del Instituto y se transforma en dispositivos cuánticos reemplazando con precisión los átomos de carbono con átomos de nitrógeno. En la actualidad, el Instituto de Investigación planea expandir los chips de diamantes Ultra Pure de dos pulgadas actuales a chips de cuatro pulgadas el próximo año para lograr la producción de escala industrial.

 

Aunque los sistemas de navegación actuales tienen una alta precisión y una amplia cobertura, a menudo son susceptibles a la interferencia y pueden no estar disponibles en todos los lugares. Por lo tanto, los métodos de navegación alternativos que operan independientemente de los sistemas satelitales de navegación globales (GNS) son cada vez más importantes.

 

El campo magnético de la Tierra es una base prometedora, ya que exhibe diferencias regionales y puede usarse como un mapa invisible para la navegación autónoma, especialmente en áreas donde las señales GPS son interrumpidas o difíciles de recibir.

 

El sensor cuántico desarrollado por Fraunhofer IAF puede crear un mapa integral de campo magnético y proporcionar una navegación confiable basada en él. El magnetómetro vectorial proporciona un método de posición y navegación global autónomo y libre de interferencias. Puede complementar la navegación por satélite y trabajar sin señales satelitales, como submarinas, cañones, subterráneos, edificios internos o túneles.

 

El magnetómetro cuántico desarrollado por el Instituto Fraunhofer para la Física Aplicada (IAF) puede localizar con precisión y no contactar a los depósitos minerales subterráneos, obteniendo así recursos valiosos. También puede detectar grandes áreas de municiones sin explotar, reduciendo significativamente el riesgo para los residentes en las áreas afectadas.