Немецкие ученые из Института прикладной физики твердого тела имени Фраунгофера представили революционный квантовый алмазный магнитометр, который способен с высокой точностью фиксировать минимальные магнитные поля. Новое устройство открывает перспективы для автономной навигации в средах, где спутниковые сигналы недоступны или ненадежны.
Об этом сообщает ProIT
Принцип работы и инновационность устройства
В сердце магнитометра — уникальные азотные вакансии в алмазной решетке. Они служат чувствительными элементами, которые позволяют выявлять все векторные компоненты магнитного поля Земли с помощью одного сенсорного чипа. Благодаря этому устройство не требует сложного калибровки и обеспечивает точные результаты даже в сложных эксплуатационных условиях. Эта технология имеет значительный потенциал для применения в биохимических исследованиях нервных путей и прецизионных измерениях в микроэлектронике.
«Что делает векторный магнитометр на основе алмаза таким особенным, так это его собственная и интуитивно понятная функциональность, которая позволяет ему точно измерять векторные компоненты магнитного поля Земли в большинстве условий эксплуатации. Это делает датчик не только технической инновацией, но и значительным шагом вперед в технологии датчиков», — объясняет руководитель подразделения квантовых устройств, доктор Михаэль Штебе.
Миниатюризация и перспективы развития
За год исследователям удалось уменьшить размеры магнитометра в 30 раз, и теперь головка сенсора по габаритам не уступает обычным оптически накачиваемым газовым магнитометрам. В планах команды — дальнейшее уменьшение размера датчика в пять раз в следующем году и повышение его чувствительности до субпикотеслового уровня. Важной особенностью является возможность водяного охлаждения, которая гарантирует стабильность измерений даже при жестких внешних воздействиях.
Синтетические алмазы для устройства выращиваются в специальных реакторах института, где атомы углерода заменяются атомами азота с высокой точностью. В ближайшем будущем планируется расширить производство надчистых алмазных пластин диаметром до четырех дюймов.
В отличие от современных GPS-систем, которые могут быть подвержены помехам или иметь ограниченную эффективность в определенных локациях, квантовый магнитометр позволяет создавать детальные карты магнитного поля, обеспечивая надежную автономную навигацию. Сенсор способен работать даже в подземных или подводных пространствах, в туннелях, каньонах и зданиях, где сигнал спутников недоступен.
Кроме навигации, новый магнитометр открывает возможность точного и бесконтактного обнаружения подземных полезных ископаемых, а также боеприпасов, не разорвавшихся, на больших площадях. Анализируя магнитные аномалии, устройство может помогать в геологических разведках и повышать безопасность на территориях, где есть риск обнаружения взрывоопасных объектов.