Magnetfeld-sensitives flexibles drahtloses Kommunikationssystem

• Antragsteller: Professor Dr. Mathias Kläui; Dr. Denys Makarov
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318612841

Die Kombination von flexiblen und formbaren Sensoren mit drahtlosen Kommunikationselementen z.B. zur Überwachung physiologischer Werte stellt einen Schwerpunkt interdisziplinärer Forschung an der Schnittstelle zwischen Materialwissenschaften, Elektrotechnik, Physik und Medizin dar. Spintronische Elemente sind bisher für Kommunikations- und Sensoranwendungen entwickelt und verwendet worden, aber ihr Einsatz auf biegbaren flexiblen Substraten ist bisher nicht intensiv untersucht worden. Mittels drahtloser Magnetosensorik ließen sich Annäherungssensoren auf der Haut implementieren, mit denen man berührungslose Mensch-Maschinen-Interaktion, Bewegungssensoren und funktionelle medizinische Implantate realisieren kann. Konkret kann man magnetoresistive Sensorelemente vielseitig einsetzen, um beispielsweise die mechanische Bewegung von Herzklappen in-situ zu überwachen und Erkrankungen frühzeitig zu diagnostizieren.Schwerpunkt ist die Entwicklung spintronischer Bauelemente für flexible integrierte Hochfrequenzsensoren und Kommunikationssysteme. Hierfür, werden wir einen Demonstrator bestehend aus flexiblen Magnetowiderstandssensoren integriert in einem Schwingkreis mit Antenne herstellen und die Signalübertragung zu einem elektronischen Gerät (z.B. Smartphone) zeigen. Die zur Kommunikation benötigte Elektronik wird entwickelt, und um eine Signalübertragung mit in den menschen Körper implantierten Bauelementen zu gewährleisten, wird eine Frequenz von einigen zehn MHz genutzt.Für die Umsetzung dieses Plans, ist eine Kombination von Grundlagenforschung und anwendungsbezogener Entwicklung nötig, welche erst durch das kombinierte Wissen zweier Gruppen ermöglicht wird. Zuerst müssen wir die Auswirkungen von Dehnung und Kompression bedingt durch die Flexibilität auf das Verhalten des Magnetsensors im DC-GHz Frequenzbereich untersuchen. Hierfür wird der Einfluss von Dehnung auf die fundamentalen magnetischen Eigenschaften und die resultierenden Magnetotransporteigenschaften ermittelt (Grundlagenforschungs-Aspekte). Auf der Seit der angewandten Forschung werden mechanisch flexible Schwingkreise und Überwachungselektronik realisiert, wobei die Resonanzfrequenz und der Q-Faktor mittels des zu detektierenden magnetischen Feldes eingestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen