Project R-16669

Diamantgebaseerde gecolokaliseerde kwantummagnetometer en stralingsmonitor voor ruimtetoepassingen (Onderzoek)

De vooruitgang in het begrijpen van ruimteweerverschijnselen hangt af van nauwkeurige monitoring en analyse van de dynamiek tussen het geomagnetisch veld en de deeltjesomgeving. Temporeel opgeloste metingen van zowel het magnetisch veld als de lokale deeltjesflux zijn essentieel om de onderliggende causaliteit te begrijpen en om nauwkeurige realtime monitoring en voorspelling van ruimteweerfenomenen mogelijk te maken die zowel terrestrische als ruimtesystemen beïnvloeden. Huidige missies zoals SMILE, Vigil en Swarm maken gebruik van ruimtelijk gescheiden magnetometers en stralingsdetectoren, wat leidt tot tijdsverschillen (op milliseconde-schaal) en ruimtelijke afstanden (van centimeter- tot meterschaal) die correlatieanalyses beperken. Bovendien bereiken conventionele sensortechnologieën hun limieten op het gebied van gevoeligheid, evenals grootte, gewicht en energieverbruik. Het voorgestelde onderzoek introduceert een diamantgebaseerde gecolokaliseerde sensorarchitectuur die NV-centrum-kwantummagnetometrie (<100 pT/√Hz) en stralingsdetectie via ladingscollectie (efficiënties van >80-90%) integreert binnen één (sub-)centimeter groot sensorvolume. Het werk combineert materiaaloptimalisatie (defectdichtheid, NV-concentratie, ladingsdragerlevensduur), elektrische en optische simulaties, microfabricatie van elektrode- en microgolfstructuren op diamant, en gezamenlijk ontworpen FPGA-gebaseerde uitleeselektronica met lage ruis. Daarnaast zullen kruisinterferentiemechanismen (zoals stralingsgeïnduceerde degradatie van NV-centra en microgolfinterferentie met ladingsuitlezing) worden gekwantificeerd en beperkt via afscherming en optimalisatie van de geometrie. Er zal een geïntegreerd kalibratiekader worden ontwikkeld om de gecolokaliseerde metingen in-situ optimaal te benutten.

01 mei 2026 - 01 mei 2030