Los magnetómetros cuánticos de alta sensibilidad, de camino a la industria
Magnetómetros cuánticos para uso industrial en nanoelectrónica, análisis químico y ensayos de materiales
El Fraunhofer IAF desarrolla magnetómetros cuánticos basados en el diamante. Son capaces de detectar campos magnéticos con una resolución espacial de unos pocos nanómetros hasta un solo electrón y espines nucleares. Debido a las propiedades físicas del material, los magnetómetros cuánticos de diamante funcionan a temperatura ambiente, lo que resulta ideal para aplicaciones industriales. En la edición de este año de LASER World of PHOTONICS, el instituto de investigación va a presentar dos proyectos prometedores.
En el laboratorio de aplicaciones de detección cuántica del Fraunhofer IAF, los socios de la ciencia y la industria pueden evaluar los magnetómetros cuánticos para sus requisitos específicos.
© Fraunhofer IAF
En la actualidad, los magnetómetros sólo son adecuados para el uso industrial de forma limitada, ya que su funcionamiento es complejo y en algunos casos sólo es posible con una refrigeración extrema. Además, su resolución espacial es demasiado baja o su sensibilidad demasiado baja para muchas aplicaciones.
Por este motivo, investigadores del Instituto Fraunhofer de seis institutos han unido sus fuerzas en el proyecto de Magnetometría Cuántica (QMag, por sus siglas en inglés) para desarrollar sensores que puedan obtener imágenes de campos magnéticos diminutos con una resolución espacial y una sensibilidad sin precedentes y a temperatura ambiente. El objetivo del proyecto faro de Fraunhofer es trasladar la magnetometría cuántica del ámbito de la investigación universitaria a aplicaciones industriales concretas: Para 2024, los socios del proyecto planean realizar magnetómetros cuánticos para uso industrial en nanoelectrónica, análisis químico y pruebas de materiales.
Consorcio de investigación Fraunhofer
QMag está dotado con un total de 10 millones de euros, compartidos a partes iguales por la Fraunhofer-Gesellschaft y el estado federal de Baden-Württemberg. El Instituto Fraunhofer de Física Aplicada del Estado Sólido IAF, el Instituto Fraunhofer de Técnicas de Medición Física IPM y el Instituto Fraunhofer de Mecánica de los Materiales IWM forman el equipo central del consorcio QMag. Otros tres institutos Fraunhofer contribuyen con sus competencias científicas y tecnológicas: El Instituto Fraunhofer de Microingeniería y Microsistemas IMM, el Instituto Fraunhofer de Sistemas Integrados y Tecnología de Dispositivos IISB y el Centro Fraunhofer de Fotónica Aplicada CAP de Glasgow.
Grandes avances en el desarrollo de materiales
En el proyecto QMag se están probando dos sistemas que se basan en los mismos principios y métodos físicos de medición, pero que tienen aplicaciones diferentes: Por un lado, los investigadores están desarrollando un magnetómetro de sonda de barrido de imágenes basado en centros NV en diamante para realizar mediciones precisas de circuitos nanoelectrónicos. Por otro lado, están realizando sistemas de medición basados en magnetómetros ultrasensibles bombeados ópticamente (OPM) para aplicaciones en ensayos de materiales y análisis de procesos.
"En lo que respecta a los magnetómetros de sonda de barrido, en la primera mitad del proyecto pudimos hacer grandes progresos en el desarrollo y la optimización de las puntas sensoras de diamante", señala el Dr. Ralf Ostendorf, coordinador del proyecto en QMag. Esto se refiere tanto al crecimiento del diamante de alta calidad como a la generación y colocación selectiva de centros NV en las puntas de diamante. Además, los investigadores han desarrollado microlentes y han sintetizado nanopartículas magnéticas que se introducen en las puntas de diamante para optimizarlas aún más en términos de precisión y eficacia.
Medición de los campos magnéticos más pequeños con diamante y láser
El segundo proyecto de investigación presentado por el Fraunhofer IAF en el campo de la magnetometría cuántica tiene como objetivo las aplicaciones en el diagnóstico médico:
En el proyecto "Diamante CVD dopado con NV para magnetometría de umbral láser ultrasensible" (DiLaMag para abreviar), un equipo está investigando el desarrollo de un sensor extremadamente sensible que pueda, por ejemplo, medir los débiles campos magnéticos de las actividades del corazón y el cerebro del cuerpo humano. Esto podría servir para detectar enfermedades en una fase temprana.
"Nuestro objetivo es desarrollar un sensor de campo magnético extremadamente sensible que funcione tanto a temperatura ambiente como en los campos de fondo existentes y que, por tanto, sea viable para su aplicación clínica", explica el Dr. Jan Jeske, director del proyecto DiLaMag.
Mundo LASER de PHOTONICS 2022
En la feria LASER World of PHOTONICS de este año habrá por primera vez un área de exposición dedicada a las tecnologías cuánticas: En el World of Quantum (pabellón A4), los institutos Fraunhofer participantes IAF, IPM e IWM presentarán su proyecto QMag. La exposición conjunta demuestra el ensayo de materiales con OPM.
El Fraunhofer IAF también presentará su trabajo de investigación en el campo del crecimiento del diamante, así como el diamante dopado con NV, y demostrará el principio básico de medición con diamantes NV.
LASER World of PHOTONICS tendrá lugar en Múnich del 26 al 29 de abril de 2022.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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