Німецькі вчені з Інституту прикладної фізики твердого тіла ім. Фраунгофера презентували революційний квантовий алмазний магнітометр, який здатний з високою точністю фіксувати мінімальні магнітні поля. Новий пристрій відкриває перспективи для автономної навігації у середовищах, де супутникові сигнали недоступні або ненадійні.
Про це розповідає ProIT
Принцип роботи та інноваційність пристрою
У серці магнітометра — унікальні азотні вакансії в алмазній гратці. Вони слугують чутливими елементами, які дозволяють виявляти всі векторні компоненти магнітного поля Землі за допомогою одного сенсорного чипа. Завдяки цьому пристрій не потребує складного калібрування та забезпечує точні результати навіть у складних експлуатаційних умовах. Ця технологія має значний потенціал для застосування у біохімічних дослідженнях нервових шляхів і прецизійних вимірюваннях у мікроелектроніці.
«Що робить векторний магнітометр на основі алмазу таким особливим, то це його власна та інтуїтивно зрозуміла функціональність, яка дозволяє йому точно вимірювати векторні компоненти магнітного поля Землі в більшості умов експлуатації. Це робить датчик не лише технічною інновацією, але й значним кроком уперед у технології датчиків», — пояснює керівник підрозділу квантових пристроїв, доктор Міхаель Штебе.
Мініатюризація та перспективи розвитку
За рік дослідникам вдалося зменшити розміри магнітометра у 30 разів, і тепер головка сенсора за габаритами не поступається звичайним оптично накачуваним газовим магнітометрам. У планах команди — подальше зменшення розміру датчика у п’ять разів наступного року та підвищення його чутливості до субпікотеслового рівня. Важливою особливістю є можливість водяного охолодження, яка гарантує стабільність вимірювань навіть при жорстких зовнішніх впливах.
Синтетичні алмази для пристрою вирощуються у спеціальних реакторах інституту, де атоми вуглецю замінюються атомами азоту з високою точністю. У найближчому майбутньому планується розширити виробництво надчистих алмазних пластин діаметром до чотирьох дюймів.
На відміну від сучасних GPS-систем, які можуть бути схильні до перешкод або мати обмежену ефективність у певних локаціях, квантовий магнітометр дозволяє створювати детальні карти магнітного поля, забезпечуючи надійну автономну навігацію. Сенсор здатен працювати навіть у підземних або підводних просторах, у тунелях, каньйонах та будівлях, де сигнал супутників недоступний.
Крім навігації, новий магнітометр відкриває можливість точного та безконтактного виявлення підземних корисних копалин, а також боєприпасів, що не розірвалися, на великих площах. Аналізуючи магнітні аномалії, пристрій може допомагати у геологічних розвідках та підвищувати безпеку на територіях, де є ризик виявлення вибухонебезпечних об’єктів.