I sitt Christian Doppler Laboratory, Dieter Süss och hans partners från praktikområdet undersöker möjliga tillämpningar av magnetiska sensorer inom fordons- och medicinsektorn. Süss teknologi nådde sina första framgångar inom ABS-system för fordon och inom magnetisk resonansavbildning.

Sensorer som reagerar på magnetiska resistansförändringar har använts i hårddiskar under lång tid. Dieter Süss och hans team undersöker hur denna teknik kan implementeras inom andra områden. Undersökningarna genomförs i Christian Doppler Laboratory Advanced Sensing and Materials som är en del av fakulteten för fysik vid universitetet i Wien. Särskilt, teamet undersöker så kallade GMR- och TMR-sensorer.

GMR -sensorer är baserade på upptäckten av jätte magnetoresistans (GMR) som Albert Fert och Peter Grünberg fick Nobelpriset i fysik 2007. Enkelt uttryckt, de två forskarna upptäckte att ledningsförmågan hos material beror, bland annat, på magnetiseringsriktningen. TMR-sensorer, å andra sidan, använd det kvantmekaniska fenomenet tunnelmagnetoresistans (TMR). TMR innefattar ett system där två magnetiska skikt är åtskilda av ett icke-magnetiskt skikt. I CD-laboratoriet, Dieter Süss och två partners från praktikområdet undersökte möjlig tillämpning av GMR- och TMR-sensorer i nya sektorer.

Nya sensorer förbättrar ABS-systemen

I samarbete med världens ledande halvledartillverkare Infineon, laget löste ett välkänt problem i nya GMR-sensorer som används i fordons ABS-system:När GMR-sensorerna är installerade i specifika positioner, systemet blir mycket felaktigt med avseende på det magnetiska kodhjulet. Dieter Süss säger, "Vi fick reda på att dessa felaktigheter inte är resultatet av felaktigheter i tillverkningsprocessen. Som ett alternativ, vi utvecklade en helt ny sensor – vortexsensorn – som löser problemet och förenklar produktionen på samma gång. Vi patenterade sensorkonceptet innan vi publicerade det Nature Electronics ."

För denna innovation, forskningsprojektet nominerades till Houska-priset 2019. Süss förklarar att tillämpningen av den nya sensordesignen har långtgående konsekvenser för biltillverkare:"Infineon behöver på egen hand cirka 180 miljoner av dessa sensorer per år för att kunna mäta fordonshjulens rotationshastighet eller parametrar såsom rattpositionen för ABS-system."

De första 3D-printade permanentmagneterna

Forskargruppen nådde ytterligare en anmärkningsvärd framgång i samarbete med magnettillverkaren Magnetfabrik Bonn:De kunde för första gången producera permanentmagneter med hjälp av additiv tillverkning (3-D-utskrift). Denna process möjliggör snabb och kostnadseffektiv produktion av permanentmagneter i komplexa former. De tredimensionella föremålen består av cirka 90 procent av magnetiskt material och 10 procent av polymer. Om föremålet utsätts för ett magnetfält i slutet av produktionsprocessen, den förvandlas till en permanent magnet.

Forskargruppen i Wien var de första som använde denna 3D-teknik. Dieter Süss förklarar:"Vår innovation väckte uppmärksamhet över hela världen. Den var till och med föremål för omslagsberättelsen på en upplaga av Ekonomen 2016." Det enkla, men exakt produktion av permanentmagneter öppnar upp för en mängd nya användningsområden, inklusive inom den medicinska sektorn. I detta avseende Laboratoriet samarbetar med Wiens allmänna sjukhus (AKH) för att undersöka möjligheter att förbättra magnetisk resonanstomografi (MRT).

Erfarenhet möter flexibilitet

Dieter Süss forskning bygger på en speciell mjukvara som utvecklats av hans team. Det används för att beskriva materialens magnetiska egenskaper. Ledande hårddisktillverkare använder programvaran, till exempel, för optimering och design av GMR-läshuvuden.

Angående de anmärkningsvärda framgångarna för CD Laboratory Advanced Magnetic Sensing and Materials, Süss säger, "Å ena sidan, vi har mycket erfarenhet av simulering av magnetiska material. Å andra sidan, samarbetet med våra partners i branschen ger oss möjlighet att bedriva applikationsorienterad forskning och snabbt implementera våra innovationer. Utan flexibilitet och snabba beslut från Christian Doppler Research Association och våra partners i branschen, vi skulle inte ha någon chans att tävla framgångsrikt på den internationella scenen."