Mikroskopsko snimanje magnetnih polja, omogućeno kvantnim sensingom, omogućava merenje jedinstvenog magnetnog otiska prsta objekata. Ovo otvara vrata za fundamentalno nove primene u različitim oblastima kao što su testiranje materijala ili biomedicina.
Fraunhofer IAF je razvio inovativnu metodu koristeći brze slike kamere u obliku poboljšanog magnetometra širokog polja. Sistem nudi jedinstven kompromis osetljivosti, rezolucije i brzine. Biće predstavljen na LASER Vorld of KUANTUM 2023, održanom od 27. do 30. juna u Minhenu, kao deo Kuantum Sensing Hub-a u Frajburgu, u kojem instituti Fraunhofer IAF, IPM i IVM objedinjuju svoju stručnost u oblasti kvantne magnetometrije.
Istraživači sa Fraunhofer instituta za primenjenu fiziku čvrstog stanja IAF uspeli su da iskoriste veliki potencijal tehnologije kvantnih senzora zasnovanih na centrima za prazninu azota (NV) u jedinstvenoj mernoj postavci. Njihov magnetometar širokog polja omogućava brzo merenje magnetnog lutajućeg polja uzorka u velikom opsegu. Njegova visoka tačnost merenja karakteriše rezolucija do nanometarskog opsega i apsolutno se može kvantifikovati.
Ova metoda merenja otvara nove puteve u metrologiji i pogodna je za različite industrije kao što su (nano-)elektronika, nauke o materijalima ili biomedicina zbog širokog spektra primene, od neorganskih do organskih uzoraka.
Inovativni sistem merenja razvijen je u okviru Fraunhoferovog glavnog projekta KMag. Tokom projekta, koncentrisana magnetometrijska ekspertiza i infrastruktura su se razvili u Frajburgu im Brajsgau u tri instituta Fraunhofer IAF, IPM i IVM, koji zajedno čine Kuantum Sensing Hub Frajburg.
Magnetometrija širokog polja je zasnovana na NV centrima u tankim dijamantskim filmovima i predstavlja mlad pristup u kvantnom sensingu. Postavka merenja razvijena u Fraunhofer IAF koristi generator proizvoljnog talasnog oblika (AVG), koji generiše mikrotalasno zračenje i pokreće laser i vremenski prozor kamere sa nanosekundnom preciznošću. Korišćenjem različitih mernih protokola, ovo omogućava visoku fleksibilnost i preciznost merenja.
„Magnetometar širokog polja ima koristi ne samo od našeg poboljšanog podešavanja, već i od procesa rasta koji je razvijen u Fraunhofer IAF za dijamantske ploče, koje koristimo kao senzore“, objašnjava dr Jan Jeske, zamenik menadžera poslovne jedinice kvantne uređaje u Fraunhofer IAF . Podloge koje se uzgajaju u institutu su zasnovane na (100) orijentisanom, čistom, nedopiranom dijamantu tipa „IIa“ debljine 500 μm i površine 4 k 4 mm. Ovaj supstrat je obrastao tankim slojem u kome se NV centri za primenu senzora generišu blizu uzorka.
U nauci o materijalima, eksperimentalne metode se koriste za karakterizaciju polikristalnih materijala kako bi se dobilo mikroskopsko razumevanje ponašanja makroskopskog materijala. Ovo omogućava bolje razumevanje materijala i optimizaciju njihovih osobina. Međutim, sadašnje metode se obično oslanjaju na duga vremena merenja i velike eksperimentalne objekte. Često su takođe neophodni uslovi vakuuma ili čestice visoke energije, koje mogu imati štetan uticaj na materijal uzorka.
Magnetometrija širokog polja zasnovana na NV centrima je alternativna, neinvazivna metoda koja radi na sobnoj temperaturi. Ovo otvara nove mogućnosti za uvid u mikroskopsku distribuciju magnetnog polja, koje ima veliki potencijal za analizu materijala. Sistem nije ograničen na uzorke neorganskog materijala, već se može primeniti i na organske uzorke zbog relativno niskih zahteva za okruženje za merenje. Ova merna svojstva, zajedno sa velikom brzinom merenja metode razvijene u Fraunhofer IAF, omogućavaju čak i složena merenja kao što su fluktuacije, naizmenična polja i merenja naizmenične struje (AC) – otvarajući put novim metodama analize materijala.
