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SETTEMBRE 2025 AUTOMAZIONE OGGI 464 | 75 Tutorial Scheda per la sperimentazione di un magnetometro quantistico che utilizza come elemento sensibile un diamante artificiale appositamente manipolato Un caso di successo: i sensori di correnteTMR I sensori TMR - Tunnel MagnetoResistance utilizzano l’effetto tunneling quantistico (scoperto per la prima volta nel 1991 da Terunobu Miyazaki), per effettuare misure altamente sensibili del campo magnetico, da cui si derivano le misure di intensità di corrente utilizzate in molteplici applica- zioni elettroniche. Sono costituiti da un sandwich di strati sottili di ferromagnete e isolante dello spessore di nanometri. Grazie agli effetti quantistici, la probabilità che gli elettroni attraversino questi strati dipende fortemente dai campi esterni, sia magnetici che elettrici. I sensori TMR pos- sono essere integrati in circuiti che presen- tano una variazione facilmente misurabile della tensione o della resistenza e possono rilevare campi magnetici anche centinaia di volte più piccoli rispetto ai sensori tra- dizionali. Ad esempio, i sensori di corrente della fa- miglia XtremeSense di Allegro Microsy- stems ( www.allegromicro.com/en ) offrono la massima sensibilità magnetica corre- lata al passaggio di corrente, il minimo consumo energetico e le dimensioni più ridotte rispetto ad altre tecnologie di ri- levamento magnetico, quali effetto Hall, AMR - Anisotropic MagnetoResistance e GMR - Giant MagnetoResistance. quantistici dopo la misura, questi sensori possono raggiungere una precisione incre- dibile. Quanto sono precisi? Ad esempio, i sensori Mems convenzionali odierni sono già molto precisi, ma il rilevamento quantistico fornirà misurazioni 1.000 volte più precise. Infatti, i prototipi di alcuni tipi di sensori hanno già raggiunto questo livello di precisione. Come vengono costruiti i sensori quantistici La realizzazione di sensori quantistici ri- chiede tecnologie avanzate in diversi ambiti e sono spesso il frutto di ricerche in ambito multidisciplinare, come ad esempio: • Sistemi atomici o ionici: utilizzano atomi ultra-freddi intrappolati in camere ad al- tissimo vuoto controllate tramite laser e campi magnetici/elettrici. • Difetti nei solidi, come i centri azoto-la- cuna (NV): vengono creati in materiali come il diamante tramite impiantazione ionica e trattamenti termici, per otte- nere siti quantistici sensibili e leggibili otticamente. • Superconduttori: come nei dispositivi Squid (Superconducting Quantum In- terference Device), usati per misurare campi magnetici con sensibilità estrema. • Tecnologie fotoniche: impiegano circuiti ottici integrati per manipolare e rilevare stati quantistici di luce. L’integrazione di questi sistemi richiede ti- picamente la disponibilità di ambienti alta- mente controllati (temperature criogeniche, isolamento da vibrazioni, schermatura elet- tromagnetica), ma i più recenti progressi nella miniaturizzazione stanno rendendo possibile la produzione di dispositivi porta- tili e adatti alle applicazioni industriali con processi più facilmente accessibili, come la manifattura di sistemi dispositivi e sistemi elettronici per via additiva. Applicazioni nell’automazione industriale L’introduzione su larga scala dei sensori quantistici nel settore industriale potrebbe Il cuore della tecnologia XtremeSense è un dispositivo magnetoresistivo a film sottile, denominato ‘giunzione a tunnel magnetico’ (MTJ). Nella sua forma più semplice, è costituito da due strati magnetici conduttori di elettricità su entrambi i lati di uno strato isolante sottile ma altamente resistente L’evoluzione delle tecnologie quantistiche, spinte anche dall’interesse delle applicazioni in ambito militare, medico e aerospaziale, sta accelerando il percorso verso sensori più compatti, affidabili e più facilmente integrabili nei processi industriali Fonte Bosch Quantum Sensing Fonte Allegro Microsystems Fonte Created by AI