新型钻石磁力仪为无GPS导航铺平道路

　　弗劳恩霍夫研究所量子设备业务部经理Michael Stoebe博士解释说：“基于金刚石氮空位矢量磁力仪的独特之处在于其原生且直观的功能，使其能够在大多数工作条件下精确测量地球磁场的矢量分量。这使得该传感器不仅是一项技术创新，更是传感器技术的重大进步。”

　　金刚石晶格中氮空位中心沿四个晶轴排列的独特性质，使得使用由金刚石（100）制成的单个传感器芯片检测磁场的所有矢量分量成为可能。

　　这显著减少了复杂校准的需求，并扩展了潜在应用范围，超越了传统磁力仪的限制。该传感器正在变革多个领域的研究，标志着更精确、更高效的测量技术发展的重要进步。

　　弗劳恩霍夫研究所的研究人员在短短一年内成功将其集成量子磁力仪的尺寸缩小到三十分之一。如今，传感器更加紧凑，尺寸与工业界常用的传统光泵浦气室磁力仪（OPM）相当，同时保持了皮特斯拉级别（10-12特斯拉）高灵敏度。这款基于金刚石的系统凭借其坚固耐用性和宽广的测量范围，相较于竞争技术具有显著优势，使其能够高度适应各种测量场景，且只需极少的校准。

　　“我们正在努力实现更高的集成密度，同时提高灵敏度。我们明年的目标是将传感器尺寸再次缩小到现有的五分之一，同时进一步提高灵敏度，以实现亚皮特斯拉范围内的测量。”Michael Stoebe强调。

　　弗劳恩霍夫研究所开发的集成量子磁强计的一个关键特性是其可选的水冷功能，即使在严苛的操作条件下也能实现稳定可靠的磁场测量。这种设计和集成的灵活性，使这家位于弗赖堡的研究所的最新传感器原型脱颖而出。

　　除了系统改进外，弗劳恩霍夫研究所还在增强传感器的核心部件——氮空位掺杂的金刚石传感头。这种合成金刚石在该研究所的专用反应堆中生长，并通过精确地用氮原子取代碳原子，转化为量子器件。目前，该研究所计划明年将目前的两英寸超纯金刚石晶片扩展到四英寸晶片，以实现工业规模生产。

　　尽管当今的导航系统精度高、覆盖范围广，但往往容易受到干扰，并且并非在所有地方都可用。因此，独立于全球导航卫星系统运行的替代导航方法正日益重要。

　　地球磁场是一个有希望的方向，因为它表现出区域差异，可以用作自主导

　　航的隐形地图，特别是在GPS信号中断或难以接收的地区。

　　量子传感器能够创建全面的磁场地图，并在此基础上提供可靠的导航。矢量磁力仪提供了一种自主、无干扰的全球定位和导航方法。它可以补充卫星导航，并且无须卫星信号即可工作，例如在水下、峡谷、地下、建筑物内或隧道内。

　　利用与导航相同的原理，可以通过地壳的成分及其磁场推断地质构造，从而探测到诸如矿床之类的磁异常或诸如未爆炸弹药之类的金属物体。弗劳恩霍夫研究所开发的量子磁力仪能够精确、非接触式地定位地下矿藏，从而获取宝贵的资源。它还能探测大面积未爆炸弹药，显著降低受影响地区居民的风险。

　　收集到的数据可以转换成磁力图，显示可疑物体的位置，并提供有关其深度、形状和大小的信息。这种方法可以对受影响区域进行全面、非侵入性的探测，甚至可以定位深藏的物体。（航柯）