Das IMMS forschte in Kooperation mit der TU Ilmenau an MEMS-Sensoren zur Detektion schwächster Magnetfelder. Derartige Felder treten beispielsweise im menschlichen Körper auf, wo sie sehr präzise, berührungs- und zerstörungsfrei gemessen werden müssen.Dazu werden in der Medizintechnik sowie in der Geologie, Archäologie oder Material­wissenschaft bisher Sensoren verwendet, die auf supraleitenden Interferometern (Superconductive Quantum Interference devices, SQUIDs) basieren. Diese müssen jedoch mit sehr hohem kryotechnischen Aufwand auf mindestens –196 °C gekühlt werden, um sich überhaupt betreiben zu lassen.

Als Alternative dazu wurden in MagSens unter der Leitung der TU Ilmenau magnetoelektrische MEMS untersucht, die vergleichsweise einfach zu fertigen sind und bei Raumtemperatur arbeiten. Entsprechende Teststrukturen der Sensoren konnten an der TU Ilmenau hergestellt und im IMMS vermessen werden.
Das erforschte Sensorprinzip basiert auf magnetostriktiv-piezoelektrischen Mehrschichtsystemen. Ein aus diesen Schichten bestehender Resonator wird über das Anlegen einer Spannung piezoelektrisch in Schwingung versetzt. Die vorhandene magnetostriktive Schicht ändert das Schwingverhalten, genauer die Eigenfrequenz, des Resonators unter Einfluss eines magnetischen Feldes. Anhand der Änderung der Eigenfrequenz lässt sich auf die Stärke des wirkenden Magnetfeldes schließen.

Das IMMS hat die Modellierung des Sensorprinzips übernommen und dafür zum einen den sogenannten Delta-E-Effekt analytisch beschrieben. Dieser Effekt wurde als der maßgeblich wirkende magnetostriktive Effekt identifiziert. Er zeigt, dass sich das Elastizitätsmodul der magnetostriktiven Schicht unter der Wirkung eines Magnetfeldes ändert. Zum anderen hat das IMMS das Schwingverhalten des Sensors in der FEM-Software ANSYS simuliert.

Damit wurde der Einfluss von Material- und Geometriedaten auf die Sensitivität des Sensors untersucht. Ziel war es, solche Strukturen zu finden, die bei der Wirkung kleinster Magnetfelder mit einer maximalen Frequenzverschiebung reagieren. Dies erforderte zum einen die Optimierung der magnetostriktiven Schicht in Hinblick auf einen möglichst stark ausgeprägten Delta-E-Effekt. Dabei fließen Materialgrößen ein, die abhängig vom Herstellungsprozess der Schicht sind. Gemeinsam mit den Kollegen von der TU wurden daraufhin Möglichkeiten diskutiert, auf diese Größen Einfluss zu nehmen, und erste Maßnahmen ergriffen, die magnetostriktive Schicht entsprechend zu gestalten. Zum anderen ging es um die Dimensionierung des gesamten Mehrschichtsystems, um den Einfluss der E-Moduländerung auf die Frequenzverschiebung zu maximieren. Dazu wurden verschiedene Grundgeometrien mit variablen Seitenverhältnissen simuliert und ausgewertet.

Bei den von der TU entwickelten Teststrukturen handelt es sich um einfach und doppelt eingespannte Balken verschiedener Dimensionierung. Diese Strukturen konnten erfolgreich am IMMS simuliert werden. Die Simulationsdaten deckten sich mit den Messergebnissen und wurden zur Parameteridentifikation unbekannter Materialdaten verwendet. Darauf aufbauend wurden Designregeln und Richtlinien zur Entwicklung variabler magnetoelektrischer Sensorsysteme abgeleitet.