SPS_2026

SPECIALE SPS ITALIA 2026 27 Tutorial Come vengono costruiti i sensori quantistici La realizzazione di sensori quantistici richiede tecnologie avanzate in diversi ambiti e sono spesso il frutto di ricer- che in ambito multidisciplinare, come ad esempio: • Sistemi atomici o ionici: utilizzano atomi ultra-freddi intrappolati in ca- mere ad altissimo vuoto controlla- te tramite laser e campi magnetici/ elettrici. • Difetti nei solidi, come i centri azo- to-lacuna (NV): vengono creati in materiali come il diamante tramite impiantazione ionica e trattamenti termici, per ottenere siti quantistici sensibili e leggibili otticamente. • Superconduttori: come nei disposi- tivi Squid (Superconducting Quan- tum Interference Device), usati per misurare campi magnetici con sen- sibilità estrema. • Tecnologie fotoniche: impiegano circuiti ottici integrati per mani- polare e rilevare stati quantistici di luce. L’integrazione di questi sistemi ri- chiede tipicamente la disponibilità di ambienti altamente controllati (tem- Un caso di successo: i sensori di corrente TMR 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 ap- plicazioni 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 di- pende fortemente dai campi esterni, sia magnetici che elettrici. I sen- sori TMR possono essere integrati in circuiti che presentano una varia- zione facilmente misurabile della tensione o della resistenza e possono rilevare campi magnetici anche centinaia di volte più piccoli rispetto ai sensori tradizionali. Ad esempio, i sensori di corrente della famiglia XtremeSense di Allegro Microsystems ( www.allegromicro.com/en ) of frono la massima sensi- bilità magnetica correlata al passaggio di corrente, il minimo consumo energetico e le dimensioni più ridotte rispetto ad altre tecnologie di rile- vamento magnetico, quali effetto Hall, AMR - Anisotropic MagnetoResi- stance e GMR - Giant MagnetoResistance. perature criogeniche, isolamento da vibrazioni, schermatura elettroma- gnetica), ma i più recenti progressi nella miniaturizzazione stanno ren- dendo possibile la produzione di di- spositivi portatili e adatti alle appli- cazioni industriali con processi più facilmente accessibili, come la mani- fattura di sistemi dispositivi e sistemi elettronici per via additiva. Scheda per la sperimentazione di unmagnetometro quantistico che utilizza come elemento sensibile un diamante artificiale appositamentemanipolato FonteBoschQuantumSensing FonteAllegroMicrosystems FonteAllegroMicrosystems Il cuore della tecnologia XtremeSense è un dispositivomagnetoresistivo a filmsottile, 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 sottilema altamente resistente