Op diamanten gebaseerde magnetometers maken navigatie makkelijker (economist.com)

Artikel:

"Magnetische kompassen sturen zeilers al eeuwenlang, maar een kompas vertelt je alleen in welke richting je georiënteerd bent, niet waar je bent. Een nieuwe vorm van magnetische navigatie, ontwikkeld door het United States Air Force Research Laboratory (afrl), is preciezer. Het maakt gebruik van magnetometers gemaakt van kleine diamanten om de exacte locatie van een vliegtuig boven het aardoppervlak aan te geven. Het is zo nauwkeurig dat het de gps kan vervangen voor luchtnavigatie.

Een conventioneel kompas wordt uitgelijnd met het magnetische veld dat wordt opgewekt door convectiestromen in de vloeibare ijzeren kern van de aarde. Dit veld is zelf ongeveer uitgelijnd met de draaias van de planeet, en dus met de geografische polen. Maar er zijn ook zwakkere terrestrische magnetische velden. Deze zijn ingebed in de rotsen van de aardkorst en hebben een voldoende gedetailleerd en onderscheidend patroon om uniek te zijn van plaats tot plaats. Daarom kunnen ze je in principe vertellen waar je bent. De truc is om dat principe terug te brengen naar de praktijk.

Tot voor kort waren de enige magnetometers die gevoelig genoeg waren om nuttig te zijn voor deze taak duur en omvangrijk. Sommige vereisen ook koeling met vloeibaar helium of vloeibare stikstof. Geen van deze dingen geldt voor een diamanten magnetometer.

De diamant in kwestie heeft een atoomrooster met afwijkende plaatsen die nitrogen-vacancy defects worden genoemd. Diamanten zijn koolstofkristallen en deze 'vacancies' zijn plaatsen waar een koolstofatoom in het kristalrooster is vervangen door een stikstofatoom en een aangrenzend koolstofatoom ontbreekt. Bij blootstelling aan groen laserlicht fluoresceren dergelijke vacancies. Het patroon van fluorescentie verandert in een magnetisch veld, wat toestaat dat de sterkte en uitlijning van dat veld worden bepaald.

Diamantmagnetometers zijn in feite niet zo gevoelig als de alternatieven. Maar naast hun lage prijs, gebrek aan vereiste omvang en het vermogen om bij kamertemperatuur te functioneren, hebben ze nog een ander voordeel. Zoals Michael Slocum, een onderzoeker bij afrl die aan het project werkt, opmerkt, moeten andere soorten magnetometers zorgvuldig worden gekalibreerd - en elk systeem dat afhankelijk is van kalibratie zal in de loop van de tijd waarschijnlijk te maken krijgen met meetafwijkingen. Omdat de stikstofdefecten in een diamant niet bewegen, is kalibratie niet nodig.

Op magnetometers gebaseerde navigatie vereist nauwkeurige kaarten van de magnetische velden aan het aardoppervlak. De beste daarvan worden gemaakt door met een vliegtuig over het betreffende gebied te vliegen, maar als dat niet mogelijk is, dan kan (zoals op de foto te zien is) een satelliet het redelijk doen. Tests suggereren dat dergelijke navigatie de positie van een vliegtuig binnen een straal van 13 meter kan bepalen. En, cruciaal voor militaire toepassingen (en in tegenstelling tot op gps gebaseerde systemen), is het niet te jammen door de vijand."