Seit fast zwei Jahrhunderten wird der Zusammenhang zwischen Licht, Magnetismus und Materialien durch den Faraday-Effekt verstanden – ein Phänomen, das erstmals 1845 von Michael Faraday beobachtet wurde. Neue Forschungsergebnisse deuten nun darauf hin, dass dieser Zusammenhang nuancierter ist als bisher angenommen, wobei die magnetische Komponente des Lichts eine überraschend wichtige Rolle bei der Wechselwirkung mit bestimmten Materialien spielt.
Der ursprüngliche Faraday-Effekt: Ein historischer Überblick
Faraday entdeckte, dass sich die Polarisation des Lichts dreht, wenn es durch bestimmte Substanzen (z. B. mit Borsäure und Bleioxid versetztes Glas) dringt und dabei einem Magnetfeld ausgesetzt ist. Die etablierte Erklärung ging davon aus, dass diese Rotation aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld, den elektrischen Ladungen im Material und der elektrischen Komponente des Lichts selbst erfolgte.
Die Annahme war, dass die magnetische Komponente des Lichts kaum oder gar keine Wirkung hatte. Dies ist seit fast zwei Jahrhunderten das akzeptierte Modell.
Neue Erkenntnisse: Die magnetische Komponente macht Fortschritte
Die Forscher Amir Capua und Benjamin Assouline von der Hebräischen Universität Jerusalem haben diese lange gehegte Annahme in Frage gestellt. Ihre Berechnungen zeigen, dass die magnetische Komponente des Lichts unter bestimmten Bedingungen mit Materialien interagiert und möglicherweise einen wesentlichen Teil des beobachteten Faraday-Effekts ausmacht.
Der Schlüssel liegt in der Polarisation des Lichts. Wenn Licht zirkular polarisiert ist – das heißt, sein Magnetfeld dreht sich wie ein Korkenzieher –, interagiert es stärker mit den magnetischen Spins in bestimmten Materialien.
Terbium-Gallium-Granat (TGG): Eine aufschlussreiche Fallstudie
Die Forscher fanden heraus, dass bei der Wiederholung von Faradays Experiment mit Terbium-Gallium-Granat (TGG), einem magnetischen Material, die magnetische Wechselwirkung **17 % des Effekts bei sichtbarem Licht und bis zu 70 % bei Infrarotlicht ausmachen könnte. Dies deutet darauf hin, dass bei einigen Materialien die magnetische Komponente des Lichteinflusses alles andere als vernachlässigbar ist.
Dies wurde bisher nicht untersucht, da magnetische Kräfte in Materialien wie Faradays Glas im Vergleich zu elektrischen Kräften relativ schwach sind. Außerdem richten sich die Spins in diesen Materialien nicht immer nach der magnetischen Komponente des Lichts. Aber zirkular polarisiertes Licht verändert diese Dynamik.
Implikationen und zukünftige Anwendungen
Igor Rozhansky, Physiker an der Universität Manchester, bestätigt, dass die Berechnungen überzeugend sind und eine weitere experimentelle Überprüfung rechtfertigen. Die Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten zur Manipulation von Spins in Materialien und können möglicherweise zu Fortschritten bei Technologien wie spinbasierten Sensoren und Festplatten führen.
Die Fähigkeit, magnetische Spins mithilfe von Licht zu steuern, könnte die Datenspeicher- und Sensortechnologien revolutionieren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Beziehung zwischen Licht und Magnetismus, die erstmals von Faraday beleuchtet wurde, nun noch komplexer ist als bisher angenommen. Die magnetische Komponente des Lichts, die lange als unbedeutend abgetan wurde, könnte der Schlüssel zur Manipulation von Materialien auf grundlegender Ebene sein und eine neue Ära spinbasierter Technologien einläuten.
