量子磁力计能够检测和可视化铁磁材料中最微小的损伤。在航空航天技术或汽车工业中，它们可以帮助显著提高系统和材料的弹性和安全性。这一结论是由最近完成的弗劳恩霍夫灯塔项目QMag的研究人员得出的。他们还研究了量子磁力计在生物医学、流量测量和芯片生产中的应用。
金属材料中的裂纹、沉淀或其他不规则性等结构缺陷会导致磁场的局部变化，可以使用磁力计进行无损检测。量子磁力计比传统技术更灵敏，甚至可以检测材料中微小的磁性变化。“在汽车和航空航天工程中，确保材料的可靠性和耐久性至关重要，但迄今为止使用的技术要么太大，要么无法用于工业，”QMag项目经理兼弗劳恩霍夫应用固体物理研究所所长Rüdiger Quay教授说。
在“量子磁力计”项目中，弗劳恩霍夫的研究人员研究并进一步开发了用于特定工业应用的量子传感器。他们采用两种互补的方法：一方面，他们使用光泵浦磁力计，其特点是具有极高的磁场灵敏度，另一方面，他们使用基于金刚石氮空位中心的成像量子磁力计，具有极高的空间分辨率。
这两种技术均在室温下工作，适用于工业应用。研究结果表明，即使材料疲劳尚不可见，量子磁力计也能检测到样品磁场的变化。研究人员使用OPM来测量铁磁材料样品在遭受循环疲劳时的磁场变化。因此，他们已经证明，量子磁力计比传统技术更早地检测到最小的材料缺陷。还可以缩短测量时间，这对于用于组件测试等工业过程非常重要。
在材料测试中，OPM 和 NV 磁力计可以互补使用：OPM 提供来自整个样品的动态信号，而 NV 磁力计可用于在微米和纳米尺度上详细测量单个损伤的磁特性。“在材料测试中，量子磁力计可以帮助在材料出现可识别的裂纹之前估计铁磁元件的失效。这在安全关键部件中起着特别重要的作用，“弗劳恩霍夫材料力学研究所IWM研究员Simon Philipp博士说。
研究人员还成功开发了一种新的NV磁力计，该磁力计可以更快地获得材料测试结果，甚至可以进一步应用：宽视场磁力计可以在很短的时间内测量大样品区域的磁场，因此适用于工业应用中的快速测量。
“宽视场磁力计可用于铁磁材料的表征和优化，但它也非常适合生物医学和医疗技术的应用。有机样品可以无损地进行成像检查，“Fraunhofer IAF的研究员Niklas Mathes说。
研究人员在流量测量中使用OPM取得了进一步的成功：他们开发了一种全新的方法来测量基于OPM的管道中液体的流速。磁力流量测量是一种非接触式方法，可应用于各种介质，适用于过程控制。这种方法代表了一个重大的进步，因为以前的流量测量方法通常是侵入性的。
项目团队还研究了量子磁力计在微纳米电子学和芯片生产中的应用，并发现了巨大的潜力：例如，在质量控制中，量子磁力计可用于测量电路并立即检测出有故障的晶体管。
为了使研究成果可供工业界使用，并测试为特定应用开发的技术，作为该项目的一部分，建立了两个测试设施。弗劳恩霍夫物理测量技术研究所安装了磁屏蔽室，可用于测试测量。
“测试设施中的磁场具有小于 5 nanotela 的残余场，并提供非常高的噪声抑制。这使我们能够测量脑电波产生的最小磁场。我们为工业界提供测量服务，“Fraunhofer IPM研究员Peter Koss博士解释道。
为了促进量子磁力计向工业界的转移，在弗劳恩霍夫国际材料实验室建立了一个进一步的测试设施，其中包含多个NV磁力计。它使感兴趣的公司，尤其是中小企业和初创企业，能够评估量子磁力计针对其特定要求的优势和潜力。
