Elektromagnetism är en gren av fysiken som behandlar alla fenomen elektricitet och magnetism. Detta område är nyckelfundamentet för vår moderna tid av elektricitet och informationsteknik. Det styrs av en uppsättning grundläggande principer som kodas i fyra ekvationer som kallas Maxwell -ekvationer, som har varit kända i cirka 150 år. Varje gång vi utnyttjar grundläggande effekter som föreskrivs eller förutses av denna teori, vi får enorma fördelar när det gäller tekniska framsteg. Saker som elektriska maskiner, motorer, olika elektroniska enheter, kretsar, datorer, visa, sensorer och trådlös kommunikation fungerar alla baserat på de grundläggande principerna för elektromagnetism. Detta ämne anses faktiskt vara "klassisk fysik, "vilket verkar antyda att vi har vetat allt vi behöver veta om det.

Dock, vårt IBM -forskargrupp upptäckte nyligen en subtil dold funktion inom elektromagnetism - en tidigare okänd fältbegränsningseffekt som vi har kallat "kamelback -effekten" i ett system med två rader av tvärgående dipoler.

Inom elektromagnetism, den elementära källan till elektriska fält och magnetfält kan modelleras respektive som en punktladdning - en hypotetisk laddning belägen vid en enda punkt i rymden - och en dipol, ett par lika och motsatt laddade eller magnetiserade poler åtskilda av ett avstånd. Tänk dig att vi ställer upp två rader med magnetiska dipoler som visas i Fig (a), och vi försöker mäta styrkan hos magnetfältet längs mittaxeln. Magnetfältet är verkligen starkare i mitten och minskar bort från det. Dock, om längden på dipolledningen överstiger viss kritisk längd, en överraskande effekt inträffar:fältet blir något starkare nära kanterna och producerar en fältbegränsningsprofil som ser ut som en kamelrygg - därav namnet på effekten. IBM -teamet har rapporterat denna upptäckt med detaljerade experimentella och teoretiska studier i två senaste publikationer och patent.

Denna överraskande upptäckt är spännande av några skäl. Först, det representerar en ny elementär endimensionell inneslutningspotential inom fysiken, gå med i listan över välkända potentialer som Coulomb, parabolisk, och kvadrat väl. Andra, denna effekt blir nyckelfunktionen som gör det möjligt för detta system att fungera som en ny klass av naturlig magnetisk fälla som kallas parallell dipollinje (PDL) fälla som visas i fig. (b) med många möjliga spännande tillämpningar. Denna kamelback -effekt och den relaterade PDL -magnetfällan kan realiseras med hjälp av speciella cylindriska magneter vars poler är på den krökta sidan som visas i fig. (B) och en grafitstav som det instängda föremålet.

Denna naturliga magnetiska fälla visar också "partikel-i-en-dimensionell potential" -system, fungerar således som en ny plattform för pedagogiska fysikförsök. Av denna anledning, efter en noggrann urvalsprocess, IBM -upptäckten presenterades nyligen som ett experimentellt problem i International Physics Olympiad (IPhO) som nyligen hölls i Yogyakarta, Indonesien i juli. IPhO är en främsta internationell fysiktävling på högskolanivå som har pågått sedan 1967 (hölls först i Warszawa, Polen). Varje deltagande land skickar sina fem bästa fysikstudenter för att tävla i att lösa tre teoretiska och två experimentella problem. De problem som presenteras är vanligtvis mycket utmanande och originella och, mer viktigt, de måste presentera grundläggande idéer eller begrepp inom fysiken.

I årets IPhO, Omkring 396 studenter från 86 länder - en av de största IPhO någonsin - utförde experiment med IBM PDL magnetfälla för att bestämma den magnetiska egenskapen för den instängda grafiten och luftviskositeten. Studenterna undersökte också dess tillämpningar som jordbävning och vulkanisk tiltmätarsensor. Detta är faktiskt ett pågående projekt mellan IBM Research och Italian Institute of Geophysics and Volcanology (INGV). Den övergripande utställningen uppskattades av de internationella teamledarna för sin roman, fascinerande och rikt fysikinnehåll liksom dess ädla tillämpningar.

Denna IBM magnetfälla -forskning har nu inkluderats som ett nytt föreläsningsmaterial i kursen Elektrodynamik vid Princeton University. Det har också producerat praktisk teknik som ett nytt högkänsligt halvledarkarakteriseringsverktyg som kallas "Rotating PDL Hall system" som har tjänat många grupper i IBM Research som arbetar med halvledare. Det har också fungerat vid Harvard Center of Nanoscale System -laboratoriet.

På en sidoanteckning, den internationella effekten av detta arbete för fysikpedagogiken är ganska oväntad, eftersom forskningen ursprungligen var avsedd för utveckling av halvledarteknologi. IBM -teamet undersökte sätt att fånga små cylindriska föremål som nanotrådar för nästa generations transistorer. Ändå, antagandet av vårt forskningsarbete vid ett främsta internationellt evenemang, som IPhO, exemplifierar vårt uppdrag i IBM Research "att vara känd för vår vetenskap och vital för världen."