弗勞恩霍夫應用固體物理研究所 (IAF) 開發的高度集成矢量磁力儀利用金剛石中的氮空位 (NV) 來檢測極小的磁場，其靈活性和精度以前是無法實現的。

       這種微型測量系統為需要高精度讀數和最小干擾的應用開辟了新的可能性，例如神經通路的生化分析和微電子中的精密測量。

       “基于金剛石的NV矢量磁力儀的獨特之處在于其原生且直觀的功能，使其能夠在大多數工作條件下精確測量地球磁場的矢量分量。這使得該傳感器不僅是一項技術創新，更是傳感器技術的重大進步，”弗勞恩霍夫IAF量子設備業務部經理Michael Stoebe博士解釋道。

       金剛石晶格中 NV 中心沿四個晶軸排列的獨特性質，使得使用由 <100> 金剛石制成的單個傳感器芯片檢測磁場的所有矢量分量成為可能。

       這顯著減少了復雜校準的需求，并擴展了潛在應用范圍，超越了傳統磁力儀的限制。該傳感器正在變革多個領域的研究，標志著更精確、更高效的測量技術發展的重要進步。

       弗勞恩霍夫IAF研究所的研究人員在短短一年內成功將其集成量子磁力儀的尺寸縮小了30倍。如今，傳感器頭更加緊湊，尺寸與工業界常用的傳統光泵浦氣室磁力儀（OPM）相當，同時保持了皮特斯拉級的高靈敏度。這款基于金剛石的系統憑借其堅固耐用性和寬廣的測量范圍，相較于競爭技術具有顯著優勢，使其能夠高度適應各種測量場景，且只需極少的校準。

       “我們正在努力實現更高的集成密度，同時提高靈敏度。我們明年的目標是將傳感器尺寸再次縮小5倍，同時進一步提高靈敏度，以實現亞皮特斯拉范圍內的測量。” Michael Stoebe 博士強調道。

       弗勞恩霍夫 IAF 研發的集成量子磁強計的一個關鍵特性是其可選的水冷功能，即使在嚴苛的操作條件下也能實現穩定可靠的磁場測量。這種設計和集成的靈活性，使這家位于弗萊堡的研究所的最新傳感器原型脫穎而出。

       “我們采用面向應用的方法來持續開發我們的傳感器系統，并滿足對我們系統提出的個性化要求，”弗勞恩霍夫 IAF 項目經理 Michael Kunzer 博士說。

       除了系統改進外，弗勞恩霍夫IAF還在增強傳感器的核心部件——氮空位(NV)摻雜的金剛石傳感頭。這種合成金剛石在該研究所的專用反應堆中生長，并通過精確地用氮原子取代碳原子，轉化為量子器件。目前，該研究所計劃明年將目前的兩英寸超純金剛石晶片擴展到四英寸晶片，以實現工業規模生產。

       盡管當今的導航系統精度高、覆蓋范圍廣，但往往容易受到干擾，并且并非在所有地方都可用。因此，獨立于全球導航衛星系統 (GNSS) 運行的替代導航方法正日益重要。

       地球磁場是一個有希望的基礎，因為它表現出區域差異，可以用作自主導航的隱形地圖，特別是在 GPS 信號中斷或難以接收的地區。

       弗勞恩霍夫 IAF 開發的量子傳感器能夠創建全面的磁場地圖，并在此基礎上提供可靠的導航。矢量磁力儀提供了一種自主、無干擾的全球定位和導航方法。它可以補充衛星導航，并且無需衛星信號即可工作，例如在水下、峽谷、地下、建筑物內或隧道內。

       弗勞恩霍夫應用物理研究所 (IAF) 開發的量子磁力儀能夠精確、非接觸式地定位地下礦藏，從而獲取寶貴的資源。它還能探測大面積未爆炸彈藥，顯著降低受影響地區居民的風險。