Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме обнаружили, что магнитная составляющая света играет непосредственную роль в эффекте Фарадея, опровергая 180-летнее предположение о том, что значение имеет только его электрическое поле.
Их выводы, опубликованные в Scientific Reports, показывают, что свет может магнитно влиять на материю, а не только освещать её.
Открытие открывает новые возможности в оптике, спинтронике и квантовых технологиях.
Исследование проводилось под руководством доктора Амира Капуа и Бенжамина Ассоулина из Института электротехники и прикладной физики Еврейского университета в Иерусалиме. В работе представлено первое теоретическое доказательство того, что осциллирующее магнитное поле света напрямую влияет на эффект Фарадея — явление, при котором поляризация света поворачивается при прохождении через материал, находящийся в постоянном магнитном поле.
«Проще говоря, это взаимодействие между светом и магнетизмом», — объясняет доктор Капуа. «Статическое магнитное поле „скручивает“ свет, а свет, в свою очередь, раскрывает магнитные свойства материала. Мы обнаружили, что магнитная составляющая света оказывает влияние первого порядка, она удивительно активна в этом процессе».
С момента открытия эффекта в 1845 году британским учёным Майклом Фарадеем считалось, что он обусловлен взаимодействием между электрическим полем света и электрическими зарядами в веществе. Однако новое исследование демонстрирует, что магнитное поле света, которое долгое время считалось несущественным, вносит прямой и измеримый вклад в этот эффект, взаимодействуя со спинами.
Используя сложные расчёты, основанные на уравнении Ландау — Лифшица — Гильберта (LLG), которое описывает движение спинов в магнитных системах, исследователи показали, что магнитное поле света может генерировать магнитный момент внутри материала, подобно статическому магнитному полю.
«Другими словами, — говорит Капуа, — свет не только освещает материю, но и магнитно влияет на неё».
Для количественной оценки этого влияния команда применила свою модель к тербий-галлиевому гранату (TGG), кристаллу, широко используемому для измерения эффекта Фарадея. Они обнаружили, что магнитное поле света составляет около 17% от наблюдаемого вращения на видимых длинах волн и до 70% в инфракрасном диапазоне.
«Наши результаты показывают, что свет „общается“ с материей не только через своё электрическое поле, но и через магнитное поле, компонент, который до сих пор в значительной степени игнорировался», — говорит Ассоулин.
Открытие открывает двери для новых возможностей в оптике и магнетизме, включая приложения в спинтронике, оптическом хранении данных и магнитном управлении на основе света. Оно может даже внести вклад в будущие технологии квантовых вычислений на основе спина.
Предоставлено Еврейским университетом в Иерусалиме.