In zijn Christian Doppler-laboratorium, Dieter Süss en zijn partners uit de praktijk onderzoeken de mogelijke toepassingen van magnetische sensoren in de automotive en medische sector. De technologie van Süss behaalde zijn eerste successen in ABS-systemen van voertuigen en in magnetische resonantiebeeldvorming.

Sensoren die reageren op veranderingen in magnetische weerstand worden al heel lang gebruikt in harde schijven. Dieter Süss en zijn team onderzoeken hoe deze technologie op andere gebieden kan worden geïmplementeerd. De onderzoeken worden uitgevoerd in het Christian Doppler Laboratory Advanced Sensing and Materials dat deel uitmaakt van de Faculteit der Natuurkunde van de Universiteit van Wenen. Vooral, het team onderzoekt zogenaamde GMR- en TMR-sensoren.

GMR-sensoren zijn gebaseerd op de ontdekking van gigantische magnetoweerstand (GMR) waarvoor Albert Fert en Peter Grünberg in 2007 de Nobelprijs voor de natuurkunde ontvingen. Simpel gezegd:ontdekten de twee onderzoekers dat de geleidbaarheid van materialen afhangt, onder andere, op de magnetisatierichting. TMR-sensoren, anderzijds, gebruik het kwantummechanische fenomeen van tunnelmagnetoweerstand (TMR). TMR bestaat uit een systeem waarin twee magnetische lagen worden gescheiden door een niet-magnetische laag. In het CD-laboratorium, Dieter Süss en twee partners uit de praktijk onderzochten de mogelijke toepassing van GMR- en TMR-sensoren in nieuwe sectoren.

Nieuwe sensoren verbeteren ABS-systemen

In samenwerking met 's werelds toonaangevende fabrikant van halfgeleiders Infineon, het team heeft een bekend probleem opgelost in nieuwe GMR-sensoren die worden gebruikt in ABS-systemen van voertuigen:wanneer de GMR-sensoren op specifieke posities worden geïnstalleerd, het systeem wordt zeer onnauwkeurig met betrekking tot het magnetische codeerwiel. Dieter Suss zegt, "We kwamen erachter dat deze onnauwkeurigheden niet het gevolg zijn van onnauwkeurigheden in het productieproces. Als alternatief, we hebben een compleet nieuwe sensor ontwikkeld - de vortexsensor - die het probleem oplost en tegelijkertijd de productie vereenvoudigt. We hebben het sensorconcept gepatenteerd voordat we het publiceerden in Natuur Elektronica ."

Voor deze innovatie het onderzoeksproject werd in 2019 genomineerd voor de Houska-prijs. Süss legt uit dat de toepassing van het nieuwe sensorontwerp verstrekkende gevolgen heeft voor autofabrikanten:"Infineon heeft alleen al zo'n 180 miljoen van deze sensoren per jaar nodig om te kunnen meten de rotatiesnelheid van de voertuigwielen of parameters zoals de stuurwielpositie voor ABS-systemen."

De eerste 3D-geprinte permanente magneten

In samenwerking met magneetfabrikant Magnetfabrik Bonn behaalde de onderzoeksgroep nog een opmerkelijk succes:ze konden voor het eerst permanente magneten produceren met behulp van additive manufacturing (3-D-printing). Dit proces maakt de snelle en kosteneffectieve productie van permanente magneten in complexe vormen mogelijk. De driedimensionale objecten bestaan ​​voor ongeveer 90 procent uit magnetisch materiaal en voor 10 procent uit polymeer. Als het object aan het einde van het productieproces wordt blootgesteld aan een magnetisch veld, het verandert in een permanente magneet.

Het Weense onderzoeksteam was de eersten die deze 3D-technologie gebruikte. Dieter Süss legt uit:"Onze innovatie trok wereldwijd de aandacht. Het was zelfs het onderwerp van het coververhaal van een editie van De econoom in 2016." De eenvoudige, maar nauwkeurige productie van permanente magneten opent een groot aantal nieuwe toepassingsgebieden, ook in de medische sector. In dit verband, het laboratorium werkt samen met het Weens Algemeen Ziekenhuis (AKH) om mogelijkheden te onderzoeken voor het verbeteren van magnetische resonantie beeldvorming (MRI).

Ervaring ontmoet flexibiliteit

Het onderzoek van Dieter Süss is gebaseerd op speciale software die door zijn team is ontwikkeld. Het wordt gebruikt om de magnetische eigenschappen van materialen te beschrijven. Toonaangevende fabrikanten van harde schijven gebruiken de software, bijvoorbeeld, voor de optimalisatie en het ontwerp van GMR-leeskoppen.

Wat betreft de opmerkelijke successen van de CD Laboratory Advanced Magnetic Sensing and Materials, Suss zegt, "Aan de ene kant, we hebben veel ervaring met het simuleren van magnetische materialen. Anderzijds, de samenwerking met onze partners in de industrie geeft ons de mogelijkheid om toepassingsgericht onderzoek te doen en onze innovaties snel door te voeren. Zonder flexibiliteit en snelle beslissingen van de Christian Doppler Research Association en onze partners in de industrie, we zouden geen kans hebben om succesvol te concurreren op het internationale toneel."