O eletromagnetismo é um ramo da física que lida com todos os fenômenos da eletricidade e do magnetismo. Este campo é a base fundamental de nossa era moderna de eletricidade e tecnologia da informação. É governado por um conjunto de princípios fundamentais codificados em quatro equações chamadas de equações de Maxwell, que são conhecidos há aproximadamente 150 anos. Cada vez que aproveitamos os efeitos fundamentais, conforme prescrito ou previsto por esta teoria, colhemos imensos benefícios em termos de avanços tecnológicos. Coisas como máquinas elétricas, motores, vários dispositivos eletrônicos, circuitos, computadores, exibição, sensores e comunicação sem fio operam todos com base nos princípios básicos do eletromagnetismo. Este assunto é realmente considerado "física clássica, "o que parece sugerir que sabemos tudo o que precisamos saber sobre isso.

Contudo, nossa equipe de pesquisa da IBM descobriu recentemente um recurso oculto sutil no eletromagnetismo - um efeito de confinamento de campo até então desconhecido que chamamos de "efeito camelback" em um sistema de duas linhas de dipolos transversais.

No eletromagnetismo, a fonte elementar de campo elétrico e campo magnético pode ser modelada respectivamente como uma carga pontual - uma carga hipotética localizada em um único ponto no espaço - e um dipolo, um par de pólos iguais e com carga oposta ou magnetizados separados por uma distância. Imagine que alinhamos duas fileiras de dipolos magnéticos, como mostrado na Fig (a), e tentamos medir a força do campo magnético ao longo do eixo central. O campo magnético é certamente mais forte no centro e diminui na distância dele. Contudo, se o comprimento da linha dipolo exceder certo comprimento crítico, ocorre um efeito surpreendente:o campo fica ligeiramente mais forte próximo às bordas e produz um perfil de confinamento de campo que se parece com o dorso de um camelo - daí o nome do efeito. A equipe da IBM relatou essa descoberta com estudos experimentais e teóricos detalhados em duas publicações e patentes recentes.

Essa descoberta surpreendente é empolgante por alguns motivos. Primeiro, representa um novo potencial de confinamento unidimensional elementar em física, juntando-se à lista de potenciais conhecidos, como Coulomb, parabólico, e bem quadrado. Segundo, este efeito torna-se a característica chave que permite a este sistema servir como uma nova classe de armadilha magnética natural chamada armadilha de linha dipolar paralela (PDL), como mostrado na Fig. (b) com muitas aplicações interessantes possíveis. Este efeito camelback e a armadilha magnética PDL relacionada podem ser realizados usando ímãs cilíndricos especiais cujos pólos estão no lado curvo como mostrado na Fig. (B) e uma haste de grafite como o objeto preso.

Esta armadilha magnética natural também demonstra o sistema de "potencial de partícula em uma dimensão", servindo assim como uma nova plataforma para experimentos de física pedagógica. Por esta razão, após um rigoroso processo de seleção, a descoberta da IBM foi recentemente apresentada como um problema experimental na Olimpíada Internacional de Física (IPhO) realizada recentemente em Yogyakarta, Indonésia em julho. IPhO é a principal competição internacional de física em nível pré-universitário que ocorre desde 1967 (realizada pela primeira vez em Varsóvia, Polônia). Cada país participante envia seus cinco melhores alunos de física para competir na resolução de três problemas teóricos e dois experimentais. Os problemas apresentados são normalmente muito desafiadores e originais e, mais importante, eles devem apresentar idéias ou conceitos fundamentais em física.

No IPhO deste ano, cerca de 396 estudantes de 86 países - um dos maiores IPhO de todos os tempos - realizaram experimentos usando a armadilha magnética IBM PDL para determinar a propriedade magnética do grafite preso e a viscosidade do ar. Os alunos também investigaram suas aplicações como sensor de medidor de inclinação vulcânico e terremoto. Na verdade, este é um projeto em andamento entre a IBM Research e o Instituto Italiano de Geofísica e Vulcanologia (INGV). A exposição geral foi apreciada pelos líderes da equipe internacional por seu romance, conteúdo de física fascinante e rico, bem como suas aplicações nobres.

Esta pesquisa da armadilha magnética da IBM foi agora incluída como um novo material de nota de aula no curso de Eletrodinâmica na Universidade de Princeton. Ela também produziu tecnologia prática como uma nova ferramenta de caracterização de semicondutor de alta sensibilidade chamada "sistema Rotating PDL Hall" que serviu a muitos grupos de pesquisa da IBM que trabalham com semicondutores. Também está operando no laboratório Harvard Center of Nanoscale System.

Em uma nota lateral, o impacto internacional deste trabalho para a pedagogia da física é bastante inesperado, já que a pesquisa foi originalmente destinada ao desenvolvimento de tecnologia de semicondutores. A equipe da IBM estava explorando maneiras de prender pequenos objetos cilíndricos como nanofios para transistores de próxima geração. No entanto, a adoção de nosso trabalho de pesquisa em um importante evento internacional, como IPhO, exemplifica nossa missão na IBM Research "de ser famosa por nossa ciência e vital para o mundo".