ダイヤモンドに関する最新の研究に基づくセンサー技術の進捗

Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics（IAF）が開発した高度に統合されたベクター磁力計は、ダイヤモンドの窒素空孔（NV）を利用して、柔軟性と精度の点で以前は達成できなかった非常に小さな磁場を検出しました。

 

このミニチュア測定システムは、神経経路の生化学的分析やマイクロエレクトロニクスの精度測定など、高精度の測定値と最小限の干渉を必要とするアプリケーションの新しい可能性を開きます。

 

ダイヤモンドに基づくNVベクター磁力計のユニークな特徴は、そのネイティブで直感的な機能にあり、ほとんどの労働条件の下で地球の磁場のベクトル成分を正確に測定できるようにします。これにより、センサーは技術革新だけでなく、センサーテクノロジーの大幅な進歩にもなります」と、Fraunhofer IAFのQuantum DevicesビジネスユニットのマネージャーであるMichael Stoebe博士は説明しました。

 

ダイヤモンド格子内の4つの結晶軸に沿って配置されたNVセンターのユニークな特性により、で作られた単一のセンサーチップを使用して、磁場のすべてのベクトル成分を検出できます。<100>ダイヤモンド。

 

これにより、複雑なキャリブレーションの必要性が大幅に削減され、潜在的なアプリケーション範囲が拡大し、従来の磁気計の制限を超えます。このセンサーは、複数の分野での研究に革命をもたらし、より正確で効率的な測定技術の開発における大きな進歩を示しています。

 

Fraunhofer IAF Instituteの研究者は、わずか1年で統合量子磁力計のサイズを30回縮小しました。現在、センサーヘッドはよりコンパクトであり、寸法は、PETRAレベルで高い感度を維持しながら、業界で一般的に使用されている従来の光ポンプチャンバー磁力（OPM）に匹敵します。このダイヤモンドベースのシステムには、耐久性と幅広い測定範囲があるため、競合する技術よりも大きな利点があり、必要な最小限のキャリブレーションを備えたさまざまな測定シナリオに非常に順応性があります。

 

私たちは、感度を改善しながら、より高い統合密度を達成するために一生懸命努力しています。来年の目標は、センサーのサイズを再び5倍縮小することですが、エピトスラの範囲内で測定を達成するための感度をさらに向上させることです」とマイケル・ストービー博士は強調しました。

 

Fraunhofer IAFによって開発された統合量子磁力計の重要な特徴は、そのオプションの水冷機能であり、厳しい動作条件下でも安定した信頼性の高い磁場測定を可能にします。この設計と統合の柔軟性により、フライブルクにあるこの研究所の最新のセンサープロトタイプが際立っています。

 

Fraunhofer IAFのプロジェクトマネージャーであるMichael Kunzer博士は、次のように述べています。

 

システムの改善に加えて、Fraunhofer IAFはセンサーのコア成分、つまり窒素空孔（NV）ドープダイヤモンドセンシングヘッドも強化しています。この合成ダイヤモンドは、研究所の専用反応器で栽培され、炭素原子を窒素原子に正確に置き換えることにより、量子デバイスに変換されます。現在、研究所は、来年、現在の2インチのウルトラ純粋なダイヤモンドチップを4インチチップに拡大して、産業規模の生産を達成する予定です。

 

今日のナビゲーションシステムは高い精度と幅広いカバレッジを持っていますが、多くの場合、干渉の影響を受けやすく、すべての場所で利用できない場合があります。したがって、グローバルナビゲーション衛星システム（GNSS）とは独立して動作する代替ナビゲーション方法がますます重要になっています。

 

地球の磁場は、地域の違いを示すため、有望な基盤であり、特にGPSシグナルが中断されているか、受信が困難な地域では、自律ナビゲーションの目に見えないマップとして使用できます。

 

Fraunhofer IAFによって開発された量子センサーは、包括的な磁場マップを作成し、それに基づいて信頼できるナビゲーションを提供できます。ベクター磁力計は、自律的で干渉のないグローバルなポジショニングおよびナビゲーション法を提供します。衛星ナビゲーションを補完し、水中、峡谷、地下、内部の建物、トンネルなどの衛星信号なしで作業できます。

 

Fraunhofer Institute for Applied Physics（IAF）が開発した量子磁力計は、地下鉱物堆積物を正確かつ非接触することができ、それにより貴重な資源を取得できます。また、不発式の兵器の広い領域を検出し、影響を受ける地域の住民へのリスクを大幅に減らすことができます。