Atomspin-Gyroskop im Chipformat
Obgleich es nahezu überall in unserem täglichen Leben gegenwärtig ist, kann GPS nicht die Unterwassernavigation und in Gebäuden unterstützen, da seine Signale leicht gestört werden. GPS-Navigationssysteme sind gleichermaßen nicht für die Navigation von Flugzeugen geeignet. Letztere arbeiten immer noch mit Trägheitsnavigationssysteme auf Basis von Laserinterferometern und mechanischen Gyroskopen. Die Leistungsfähigkeit konventioneller Interferometer verschiebt sich im Lauf der Zeit. Ziel des von der EU finanzierten Projekts AGEN (Atomic gyroscope for enhanced navigation) war es, die Gyroskoptechnologie in den heutigen Flugnavigationssystemen voranzubringen. Gyroskope, die mit auf sehr niedrige Temperaturen heruntergekühlten Atomen arbeiten, versprechen eine genaue Messung der Flugzeugposition. Um sein Ziel zu erreichen, vereinte AGEN zwei Forschungs- und Entwicklungszentren mit einem kleinen bis mittelgroßen Unternehmen, das auf innovative Technologien ausgerichtet ist. Die Projektpartner untersuchten die existierenden Kernspinresonanz- und Atomspingyroskoptechnologien, um deren Grenzen mit den geforderten Leistungen zu vergleichen. Ebenso wie der mechanische Rotor in einem mechanischen Kreisel seinen Achsendrehsinn beibehält, kann bei einem Ensemble aus Edelgasatomen der Kernspin in einer bestimmten Richtung beibehalten werden. Diese Möglichkeit ergibt einen Atomspinkreisel. Gelingt es, ihn in transportabler Größe und mit hoher Stoßfestigkeit herzustellen, so könnte der Atomarspinkreisel mit Erfolg die ältere Flugzeugnavigationstechnik ersetzen. Bis zum Ende des ersten Projektjahrs entwickelte man theoretische Modelle, um die Magnetfeldgradienten zu bestimmen und die Flugzeugrotationsrate von der erfassten Präzessionsfrequenz zu unterscheiden. Im zweiten Jahr wurden die Haupttestpunkte ermittelt und spezielle Vergleichstests durchgeführt, um die Auslegung von mikrogefertigten Gaszellen zu bewerten. Der Aufbau des Atomspingyroskops ist einfach, was eine Fertigung mit Mikrofabrikationsverfahren gestattet. Der Gyroskopentwurf auf Basis der jüngsten Fortschritte in der Fertigungstechnologie für Atomuhren und Magnetometer repräsentiert eine neue Forschungsrichtung und wird voraussichtlich in naher Zukunft die Navigationsgenauigkeit verbessern. Wenn man genügend über den atomaren Spin in Erfahrung bringt, könnten Gyroskope zu den empfindlichsten Sensoren gehören, wohingegen bei Gyroskopen auf Basis mikroelektromechanischer Systeme dieses Ziel nur schwer zu erreichen ist. Das AGEN-Projekt hat Europa der Zielstellung, Marktführer der Entwicklung von Atomspinkreiseln zu sein, einen Schritt näher gebracht.
Schlüsselbegriffe
Atomic Spin Gyroskop, Atomspingyroskop, GPS, Flugnavigationssysteme, Kernspinresonanz, Gaszellen aus Mikrofertigung
