Thiết bị chân không chứa đám mây điện tử nhỏ gọn, được thiết kế và chế tạo tại Sandia, thành phần then chốt của hệ thống định vị thế hệ tiếp theo. Anh: Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia

Nhưng tín hiệu GPS có thể bị gây nhiễu, chế áp hoặc giả mạo, vô hiệu hóa hệ thống định vị trên các phương tiện thương mại và quân sự. Do đó, các phương tiện trong tương lai cần có thiết bị dẫn đường, có thể tự theo dõi vị trí không sử dụng hệ thống GPS.

Các kỹ sư đã thực hiện được công nghệ này với các thiết bị trên bo mạch chính xác như đồng hồ nguyên tử, nhưng thiết bị đo gia tốc và chuyển động quay bằng phương pháp chiếu tia laser vào những đám mây khí rubidi nhỏ giống như đám mây nguyên tử chứa trong hộp titan của Sandia.

Thiết bị nhỏ gon cho những ứng dụng trong thực tế.

Máy đo gia tốc nguyên tử và con quay hồi chuyển đã có, nhưng thiết bị quá cồng kềnh và tiêu hao nhiều điện năng khi sử dụng trong hệ thống định vị của máy bay. Nguyên nhân chính là thiết bị cần một hệ thống chân không lớn để hoạt động với nguồn điện hàng nghìn vôn.

Nghiên cứu sinh sau TS Bethany Little thuộc Sandia, đang tham gia vào nghiên cứu cho biết: "Cảm biến lượng tử là một lĩnh vực đang phát triển và có rất nhiều ứng dụng đang phát triển trong phòng thí nghiệm. Nhưng khi đưa vào áp dụng thực tê, rất nhiều vấn đề phải giải quyết. Cảm biến phải được phát triển nhỏ gọn và chắc chắn, gói gọn trong 1 cm3 (0,06 inch3) thể tích, lớn hơn là sự lãng phí không gian.

Nhóm nghiên cứu Bethany chứng minh được, cảm biến lượng tử có thể hoạt động mà không cần hệ thống chân không công suất lớn. Phát hiện này cho phép thu nhỏ thiết bị đến kích thước thực tế nhưng không giảm độ chính xác cao.

 PGS.TS Sandia Peter Schwindt và nghiên cứu sinh sau TS Bethany Little nghiên cứu hộp chân không trong một giá đỡ màu vàng, in 3D. Ảnh: Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia.

Nhóm nghiên cứu thay thế máy bơm chân không điện, hút các phân tử rò rỉ trong hộp chân không và phá hủy các phép đo bằng một cặp thiết bị, gọi là getters, sử dụng các phản ứng hóa học kết dính những phần tử xâm nhập. Mỗi thiết bị có kích thước một cục tẩy bút chì, được nhét vào bên trong hai ống nhỏ nhô ra từ hộp kim loại. Thiết bị hoạt động không cần nguồn điện.

Để ngăn chặn đến tuyệt đối chất gây ô nhiễm, PGS TS Peter phối hợp với các nhà khoa học vật liệu Sandia, chế tạo hộp bằng titan và sapphire. Những vật liệu này đặc biệt hiệu quả ngăn chặn các loại khí như heli, có thể xuyên qua thép không gỉ và thủy tinh Pyrex. Chương trình Nghiên cứu và Phát triển được Chỉ đạo trong Phòng thí nghiệm của Sandia tài trợ.

Chế tạo hộp kim loại chứa đám mây nguyên tử được sử dụng những kỹ thuật chế tạo tinh vi mà Sandia đã phát triển để kết dính những vật liệu tiên tiến cho những thành phần của vũ khí hạt nhân. Cũng tương tự như vũ khí hạt nhân, hôp titan phải hoạt động với độ tin cậy cao nhiều năm.

Nhóm nghiên cứu của Sandia tiếp tục theo dõi thiết bị. Mục đích đặt ra là giữ thiết bị trong trạng thái niêm phong và hoạt động trong 5 năm, yếu tố quan trọng chứng minh rằng, công nghệ sẵn sàng đưa vào sử dụng thực tế. Trong thời gian này, các nhà khoa học tập trung phát triển một quy trình sản xuất dây chuyền hợp lý.