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电磁学发现的新成果

作者:admin日期:2017/11/18 14:40

电磁学是处理所有电磁现象的物理学分支。这个领域是我们现代电力和信息技术的关键基础。它由一系列基本原理所控制,这四个方程被称为麦克斯韦方程组,这个方程已经有150年的历史。每当我们利用这一理论所规定或预测的基本效应,就技术进步而言,我们都会获得巨大的利益。诸如电机,电磁铁,螺线管,各种电子设备,电路,计算机,显示器,传感器和无线通信等都是基于电磁的基本原理运行的。这个主题实际上被认为是“古典物理学”,这似乎表明我们已经知道我们需要知道的一切。

然而,我们的IBM研究小组最近发现了一个隐含的电磁隐藏特征 – 一个以前未知的场限制效应,我们在两行横向偶极子系统中命名为“驼背效应”。

IBM研究小组最近发现了一个隐含的电磁隐藏特征

在电磁学中,电场和磁场的基本来源可以分别建模为点电荷 – 一个位于空间单点的假想电荷 – 偶极子,一对相等且相反的电荷或磁极分开一段距离。假设我们排列如图(a)所示的两排磁偶极子,我们试图测量沿着中心轴的磁场强度。该磁场在中心肯定更强大,而且越来越小。然而,如果偶极子线的长度超过一定的临界长度,将会出现一个令人惊讶的效果:在边缘附近的场稍微变强,产生一个看起来像骆驼背的场限制剖面,因此这个效应的名字。IBM团队已经在最近的两个出版物和专利中对这一发现进行了详细的实验和理论研究。

这个惊人的发现令人兴奋的原因有几个。首先,它代表了物理学中一个新的基本的一维约束势,加入了库仑,抛物线和方形阱等众所周知的潜力列表。其次,这个效应成为这个系统的一个关键特征,它可以作为一个被称为平行偶极线(PDL)陷阱的新型自然磁阱,如图(b)所示,有许多可能的激励应用。这种驼背效应和相关的PDL磁阱可以使用特殊的圆柱形磁体来实现,如图(b)所示,磁极在曲面上,石墨棒作为被捕获物。

这种自然的磁性陷阱也表现出“粒子在一个一维的潜力”系统,从而为教学物理实验提供了一个新的平台。为此,经过严格的选择过程,IBM近日在印度尼西亚日惹举办的国际物理奥林匹克竞赛(I​​nternational Physical Olympiad,简称IPhO)上发现了IBM的发现。IPhO是自1967年以来一直在进行的首次大学预科国际物理竞赛(首次在波兰华沙举行)。各参加国派出前五名物理系学生参与解决三个理论和两个实验问题。所提出的问题通常是非常具有挑战性和原创性的,更重要的是,它们必须在物理学中提出基本的想法或概念。

在今年的IPhO上,来自86个国家的约396名学生是使用IBM PDL磁阱来确定被捕石墨的磁性和空气粘度的最大的IPhO实验实验之一。学生们还调查了它的应用,如地震和火山倾斜仪传感器。这实际上是IBM Research与意大利地球物理与火山学研究所(INGV)之间正在进行的一个项目。整体论述得到了国际团队领导人的赞赏,其新颖,迷人,丰富的物理内容以及其高贵的应用。

这个IBM磁阱研究现在已被列入普林斯顿大学电动力学课程的新讲义材料。它还生产出了实用技术,作为一种新的高灵敏度半导体表征工具,称为“旋转PDL霍尔系统”,已经服务于IBM Research的许多与半导体工作的团队。它也在哈佛大学纳米系统实验室中心运作。

另一方面,这项工作对物理教育学的国际影响是相当意想不到的,因为这项研究最初是为了半导体技术的发展。IBM团队正在探索如何为下一代晶体管捕捉纳米线等微小圆柱形物体。然而,在IPhO这样的重要国际活动中采用我们的研究工作,体现了我们在IBM研究中“以我们的科学而闻名,对世界至关重要”的使命。