1.1.1.3. pasākums “Praktiskas ievirzes pētījumi” 1. kārta
1.1.1.3. pasākums “Praktiskas ievirzes pētījumi” 1. kārta
Projekta nosaukums: Kompakta multisensoriskā kvantu magnetometra izstrāde uz CMOS matricas pamata telplaika izšķirtiem mērījumiem
Projekta līguma numurs: 1.1.1.3/1/24/A/166
Projekta partneri: SIA “AGL Technologies”, SIA “Romove”
Projekta īstenošanas termiņš: 22.05.2025. - 21.05.2028. (36 mēneši)
Projekta kopējais finansējums: 656 455.00 EUR (ERAF 510 065.53 EUR; Valsts budžeta finansējums 89 934.33 EUR; privātais finansējums 56 455.14 EUR, t.sk. LU budžeta finansējums 14 179.45, ieguldījums natūrā - LU 19 693.65 EUR, SIA “Romove” 11 291.02 EUR)
Projekta zinātniskais vadītājs: LU Eksakto zinātņu un tehnoloģiju fakultātes Lāzeru centra vadošais pētnieks Iļja Feščenko
Projekta administratīvā vadītāja: Ginta Greble, e-pasts: ginta.greble@lu.lv
Projekta mērķis ir izstrādāt un eksperimentāli pārbaudīt kompaktu NV magnetometru, kas izmanto gaismas avotus un fotonu detektorus ar lineāriem izmēriem mazākiem par vienu centimetru un ar zemu enerģijas patēriņu. Tiks izmantota oriģināla pieeja, kurā kompakts NV magnetometrs ir tieši uzbūvēts uz CMOS attēlošanas matricas pamata. Kad šādu sensoru varēs izmantot ārpus laboratorijas, to varēs pielietot ģeoloģijā, navigācijā un rūpniecībā.
Projekta rezultāti:
- 8 datu kopas ar mērījumu un aprēķinu rezultātiem;
- 3 zinātnisko darbu oriģinālpublikācijas par trīs apakšdarbību rezultātiem;
- 2 produktu/tehnoloģiju prototipi: kvantu sensors ar dziļo NV centru slāni un multisensoriskais kvantu magnetometrs;
- 1 LV patenta pieteikums: kompakts multisensoriskais kvantu magnetometrs;
- 1 Licences līgums.
Galvenās projekta darbības rūpniecisko pētījumu ietvaros:
- Dimanta kvantu sensoru ar dažāda dziļuma NV centru slāņiem izstrāde un testēšana.
- Telplaikā izšķirtas magnētiskā lauka detektēšanas pētījumi laboratorijas apstākļos.
- Kompaktā multisensoriskā kvantu magnetometra uzbūve un testēšana
Projekts: Nr. 1.1.1.3/1./24/A/166 “Kompakta multisensoriskā kvantu magnetometra izstrāde uz CMOS matricas pamata telplaika izšķirtiem mērījumiem”.
Projekta realizētāji: Latvijas Universitāte (vadošais partneris), SIA AGL TECHNOLOGIES (partneris), SIA Romove (partneris).
Projekta mērķis ir: Projekta mērķis ir izstrādāt līdz TRL4 līmenim kompaktu Multisensorisko Kvantu Magnetometru (MKM), kurā tiek izmantoti Slāpekļa-Vakances (NV) centru slāņi dimantā. Unikāla NV magnētisko sensoru priekšrocība ir augstā telpiskā izšķirtspēja. NV sensori tiek plaši pētīti magnētiskās uztveršanas un attēlošanas pielietojumos. Tomēr NV magnetometri ir šobrīd dārgas laboratorijas ierīces, kas uzstādītas uz optiskajiem galdiem un patērē simtiem vatu, lai sasniegtu augstu jutību. Projekta pētnieciskais mērķis ir eksperimentāli pierādīt, ka kompakta NV sensoru integrācija ar CMOS un LED matricām ir ne tikai iespējama, bet arī nodrošinās multisensēšanu, kas ievērojami palielinās magnetometra veiktspēju. Turklāt mūsu MKM, kas izmantos patērētāju elektronikas klases fotonu izstarotāju un uztveršanas ierīces ar lineāriem izmēriem mazākiem par vienu centimetru, sasniegs ievērojami augstāku energoefektivitāti salīdzinājumā ar esošajiem NV magnetometriem. Tas, kopā ar NV sensoru vienkāršību un noturību, mūsu redzējumā padarīs MKM par vadošo tehnoloģiju vāju magnētisko lauku detektēšanai, kas pašlaik ir ļoti pieprasīta ģeoloģijā, navigācijā un vides aizsardzībā.
Projekta darbības un paveiktais dotajā atskaites periodā:
Darbība 2.d1. Dimanta kvantu sensoru ar dažāda dziļuma NV centru slāņiem izstrāde un testēšana
Pētījumu komanda veica literatūras izpēti un analīzi par slāpekļa vakances (NV) centriem. Tika projektētas trīs NV sensoru membrānas ar dažādu NV slāņu dziļumu. Uzsākta NV centru skaitliskā modelēšana Wolfram Mathematica vidē.
Darbība 2.d2. Telplaikā izšķirtas magnetiskā lauka detektēšanas pētījumi laboratorijas apstākļos
Veikta literatūras analīze par telplaikā izškirta magnētiskā lauka detektēšanu. Uzsākta NV iekārtas sagatavošana telplaikā izšķirtu magnētiskā lauka mērījumu veikšanai.
Darbība 2.d3. Kompaktā multisensoriskā kvantu magnetometra uzbūve un testēšana
Darbība vēl nav uzsākta. Darbību plānots uzsākt 2026. gada 4. ceturksnī.
Darbība 3. No projekta ietvaros veiktās pētniecības darbības izrietošo tehnoloģiju tiesību (nemateriālo aktīvu) iegūšana, apstiprināšana un aizstāvēšana.
Darbība vēl nav uzsākta. Darbību plānots uzsākt 2026. gada 4. ceturksnī.
Darbība 4. Projekta ietvaros radīto zināšanu izplatīšana mācību, publikāciju vai zinātības un tehnoloģiju pārneses veidā.
Tika veikta literatūras izpēte un analīze. Tiek gatavoti melnraksti projekta publikācijām.
Darbība 5. Komunikācijas un vizuālās identitātes prasību nodrošināšanas pasākumi
Pētījuma apraksti izveidoti projekta dalībnieku mājas lapās:
2) SIA AGL Technologies mājas lapa - https://www.agltechnologies.lv/project-5.php ;
3) SIA Romove mājas lapa - https://romove.lv
Projekts: Nr. 1.1.1.3/1./24/A/166 “Kompakta multisensoriskā kvantu magnetometra izstrāde uz CMOS matricas pamata telplaika izšķirtiem mērījumiem”.
Projekta realizētāji: Latvijas Universitāte (vadošais partneris), SIA AGL TECHNOLOGIES (partneris), SIA Romove (partneris).
Projekta mērķis ir: izstrādāt līdz TRL4 līmenim kompaktu Multisensorisko Kvantu Magnetometru (MKM), kurā tiek izmantoti Slāpekļa-Vakances (NV) centru slāņi dimantā. Unikāla NV magnētisko sensoru priekšrocība ir augstā telpiskā izšķirtspēja. NV sensori tiek plaši pētīti magnētiskās uztveršanas un attēlošanas pielietojumos. Tomēr NV magnetometri ir šobrīd dārgas laboratorijas ierīces, kas uzstādītas uz optiskajiem galdiem un patērē simtiem vatu, lai sasniegtu augstu jutību. Projekta pētnieciskais mērķis ir eksperimentāli pierādīt, ka kompakta NV sensoru integrācija ar CMOS un LED matricām ir ne tikai iespējama, bet arī nodrošinās multisensēšanu, kas ievērojami palielinās magnetometra veiktspēju. Turklāt mūsu MKM, kas izmantos patērētāju elektronikas klases fotonu izstarotāju un uztveršanas ierīces ar lineāriem izmēriem mazākiem par vienu centimetru, sasniegs ievērojami augstāku energoefektivitāti salīdzinājumā ar esošajiem NV magnetometriem. Tas, kopā ar NV sensoru vienkāršību un noturību, mūsu redzējumā padarīs MKM par vadošo tehnoloģiju vāju magnētisko lauku detektēšanai, kas pašlaik ir ļoti pieprasīta ģeoloģijā, navigācijā un vides aizsardzībā.
Projekta darbības un paveiktais dotajā atskaites periodā:
Darbība 2.d1. Dimanta kvantu sensoru ar dažāda dziļuma NV centru slāņiem izstrāde un testēšana
Pētījumu komanda veica literatūras izpēti un analīzi par slāpekļa vakances (NV) centriem. Wolfram Mathematica vidē tika modelēta dipola starojuma izplatīšana dažādos leņķos un starojumu plūsma uz detektoriem.
Attēls 1. Dipola starojuma intensitātes karte.
Tika pabeigta trīs NV sensoru membrānu izgatavošana ar dažādu NV slāņu dziļumu. Tās kopā ar divām jau esošām membrānām tika sagatavotas turpmāko pētījumu veikšanai. Tika veikta NV raksturošanas iekārtas pielāgošana darbībai impulsu režīmā. Optiskā shēma tika pielāgota akustooptiskā modulatora integrēšanai lāzera impulsu režīmam.
Darbība 2.d2. Telplaikā izšķirtas magnētiskā lauka detektēšanas pētījumi laboratorijas apstākļos
Veikta literatūras analīze par telplaikā izškirta magnētiskā lauka detektēšanu. Turpinājās darbi pie NV raksturošanas iekārtas sagatavošanas telplaikā izšķirtu magnētiskā lauka mērījumu veikšanai. Tika analizēta esošās optiskās sistēmas veiktspēja (ierosmes laukuma izmērs, intensitāte un vienmērīgums), kā arī izplānota un uzsākta tās uzlabošana un optimizācija.
Darbība 2.d3. Kompaktā multisensoriskā kvantu magnetometra uzbūve un testēšana
Darbība vēl nav uzsākta. Darbību plānots uzsākt 2026. gada 4. ceturksnī.
Darbība 3. No projekta ietvaros veiktās pētniecības darbības izrietošo tehnoloģiju tiesību (nemateriālo aktīvu) iegūšana, apstiprināšana un aizstāvēšana.
Darbība vēl nav uzsākta. Darbību plānots uzsākt 2026. gada 4. ceturksnī.
Darbība 4. Projekta ietvaros radīto zināšanu izplatīšana mācību, publikāciju vai zinātības un tehnoloģiju pārneses veidā.
Tika veikta literatūras izpēte un analīze. Tiek gatavoti melnraksti projekta publikācijām.
Tika publicētas divas publikācijas, kas tiek indeksētas SCOPUS:
1) Saleh Ziabari, M., Mosavian, N., Fescenko, I., Silani, Y., Richards, B. A., Berzins, A., Aiello, M. D., Lidke, K. A., Jarmola, A., Smits, J., & Acosta, V. M. (2025). Earth’s field diamond vector magnetometry with isotropic magnetic flux concentrators. Physical Review Research, 7(4), 043044. doi.org/10.1103/bwm1-hw59
2) Jani, M., Barhum, H., Alnis, J., Attrash, M., Amro, T., Bar-Gill, N., Salgals, T., Ginzburg, P., & Fescenko, I. (2025). Quantum Diamond Microscopy of Individual Vaterite Microspheres Containing Magnetite Nanoparticles. Nanomaterials, 15(15), 1141. doi.org/10.3390/nano15151141
Darbība 5. Komunikācijas un vizuālās identitātes prasību nodrošināšanas pasākumi
Pētījuma progresa ziņojumi izvietoti projekta dalībnieku mājas lapās:
1) EZTF mājas lapa, LU mājas lapa https://www.lu.lv/zinatne/projekti/eiropas-savienibas-strukturfondi/eraf-projekti/1113-pasakums-praktiskas-ievirzes-petijumi-1-karta/kompakta-multisensoriska-kvantu-magnetometra-izstrade-uz-cmos-matricas-pamata-telplaika-izskirtiem-merijumiem/;
2) SIA AGL Technologies mājas lapa - www.agltechnologies.lv/project-5.php ;
3) SIA Romove mājas lapa - romove.lv
Projekts: Nr. 1.1.1.3/1./24/A/166 “Kompakta multisensoriskā kvantu magnetometra izstrāde uz CMOS matricas pamata telplaika izšķirtiem mērījumiem”.
Projekta realizētāji: Latvijas Universitāte (vadošais partneris), SIA AGL TECHNOLOGIES (partneris), SIA Romove (partneris).
Projekta mērķis ir: Projekta mērķis ir izstrādāt līdz TRL4 līmenim kompaktu Multisensorisko Kvantu Magnetometru (MKM), kurā tiek izmantoti Slāpekļa-Vakances (NV) centru slāņi dimantā. Unikāla NV magnētisko sensoru priekšrocība ir augstā telpiskā izšķirtspēja. NV sensori tiek plaši pētīti magnētiskās uztveršanas un attēlošanas pielietojumos. Tomēr NV magnetometri ir šobrīd dārgas laboratorijas ierīces, kas uzstādītas uz optiskajiem galdiem un patērē simtiem vatu, lai sasniegtu augstu jutību. Projekta pētnieciskais mērķis ir eksperimentāli pierādīt, ka kompakta NV sensoru integrācija ar CMOS un LED matricām ir ne tikai iespējama, bet arī nodrošinās multisensēšanu, kas ievērojami palielinās magnetometra veiktspēju. Turklāt mūsu MKM, kas izmantos patērētāju elektronikas klases fotonu izstarotāju un uztveršanas ierīces ar lineāriem izmēriem mazākiem par vienu centimetru, sasniegs ievērojami augstāku energoefektivitāti salīdzinājumā ar esošajiem NV magnetometriem. Tas, kopā ar NV sensoru vienkāršību un noturību, mūsu redzējumā padarīs MKM par vadošo tehnoloģiju vāju magnētisko lauku detektēšanai, kas pašlaik ir ļoti pieprasīta ģeoloģijā, navigācijā un vides aizsardzībā.
Projekta darbības un paveiktais dotajā atskaites periodā:
Darbība 2.d1. Dimanta kvantu sensoru ar dažāda dziļuma NV centru slāņiem izstrāde un testēšana
NV laboratorijas iekārta tika gatavota impulsu magnetometrijas mērījumiem. Tika atjaunota un pārbaudīta LabVIEW programmatūra Rabi, T1 un Hahn Echo mērījumu veikšanai. Mikroviļņu un lāzera jauda tika optimizēta, lai nodrošinātu maksimālu jutību. Uzsākti pirmā parauga raksturošanas mērījumi.
COMSOL Multiphysics programmā veikta skaitliskā modelēšana par dipola starojuma izplatīšanos 3D vidē. Iegūti un analizēti dati par starojuma plūsmas attēliem uz detektoriem (tiek
modelēta CCD matrica) dažādā attālumā no kristāla virsmas, kur atrodas dipols (piemēru skat. Attēls 1). Tāpat pētīti starojuma plūsmas attēli uz detektoriem pie dažādām dipola ass konfigurācijām.
Attēls 1. Dipola starojuma modelēšana COMSOL Multiphysics programmā. (a) Dipola starojuma 3D modelēšanas ģeometrija. (b) Dipola starojuma intensitātes attēls 2 µm attālumā no xy plaknes, uz kuras atrodas dipola starotājs.
Darbība 2.d2. Telplaikā izšķirtas magnetiskā lauka detektēšanas pētījumi laboratorijas apstākļos
Tika veiktas NV raksturošanas iekārtas sagatavošana telplaikā izšķirtu magnētiskā lauka mērījumu veikšanai. Iekārta tika pārbūvēta tā, lai būtu iespējams elastīgi pārslēgties starp magnētiskās attēlošanas eksperimentiem un impulsu magnetometriju, nezaudējot kvalitāti. Tika identificēti sistēmas vājie posmi un uzsākts darbs to uzlabošanai.
Darbība 2.d3. Kompaktā multisensoriskā kvantu magnetometra uzbūve un testēšana
Darbība vēl nav uzsākta. Darbību plānots uzsākt 2026. gada 4. ceturksnī.
Darbība 3. No projekta ietvaros veiktās pētniecības darbības izrietošo tehnoloģiju tiesību (nemateriālo aktīvu) iegūšana, apstiprināšana un aizstāvēšana
Darbība vēl nav uzsākta. Darbību plānots uzsākt 2026. gada 4. ceturksnī.
Darbība 4. Projekta ietvaros radīto zināšanu izplatīšana mācību, publikāciju vai zinātības un tehnoloģiju pārneses veidā
Tika veikta literatūras izpēte un analīze. Tiek gatavoti melnraksti projekta publikācijām.