Depuis près de deux siècles, le lien entre la lumière, le magnétisme et les matériaux a été compris grâce à l’effet Faraday, un phénomène observé pour la première fois par Michael Faraday en 1845. De nouvelles recherches suggèrent désormais que cette relation est plus nuancée qu’on ne le pensait auparavant, la composante magnétique de la lumière jouant un rôle étonnamment important dans la façon dont elle interagit avec certains matériaux.
L’effet Faraday original : un aperçu historique
Faraday a découvert que lorsque la lumière traverse certaines substances (comme le verre chargé d’acide boracique et d’oxyde de plomb) lorsqu’elle est exposée à un champ magnétique, sa polarisation tourne. L’explication établie soutenait que cette rotation se produisait en raison de l’interaction entre le champ magnétique, les charges électriques présentes dans le matériau et la composante électrique de la lumière elle-même.
L’hypothèse était que la composante magnétique de la lumière avait peu ou pas d’effet. C’est le modèle accepté depuis près de deux siècles.
Nouvelles découvertes : le composant magnétique fait un pas en avant
Les chercheurs Amir Capua et Benjamin Assouline de l’Université hébraïque de Jérusalem ont remis en question cette hypothèse de longue date. Leurs calculs démontrent que, dans des conditions spécifiques, la composante magnétique de la lumière interagit avec les matériaux, représentant potentiellement une partie substantielle de l’effet Faraday observé.
La clé réside dans la polarisation de la lumière. Lorsque la lumière est polarisée circulairement, c’est-à-dire que son champ magnétique tourne comme un tire-bouchon, elle interagit plus fortement avec les spins magnétiques de certains matériaux.
Grenat Terbium Gallium (TGG) : une étude de cas révélatrice
Les chercheurs ont découvert qu’en répétant l’expérience de Faraday en utilisant le grenat de terbium et de gallium (TGG), un matériau magnétique, l’interaction magnétique pourrait représenter 17 % de l’effet avec la lumière visible et jusqu’à 70 % avec la lumière infrarouge. Cela suggère que dans certains matériaux, la composante magnétique de l’influence de la lumière est loin d’être négligeable.
Cela n’a pas été étudié auparavant, car les forces magnétiques présentes dans des matériaux comme le verre de Faraday sont relativement faibles par rapport aux forces électriques. De plus, les spins de ces matériaux ne s’alignent pas toujours avec la composante magnétique de la lumière. Mais la lumière polarisée circulairement modifie cette dynamique.
Implications et applications futures
Igor Rozhansky, physicien à l’Université de Manchester, confirme que les calculs sont convaincants et justifient une vérification expérimentale plus approfondie. Les résultats ouvrent de nouvelles voies pour manipuler les spins au sein des matériaux, conduisant potentiellement à des avancées technologiques telles que les capteurs basés sur les spins et les disques durs.
La capacité de contrôler les spins magnétiques à l’aide de la lumière pourrait révolutionner les technologies de stockage et de détection de données.
En conclusion, la relation entre la lumière et le magnétisme, mise en lumière pour la première fois par Faraday, se révèle maintenant encore plus complexe qu’on ne le pensait auparavant. La composante magnétique de la lumière, longtemps considérée comme insignifiante, pourrait détenir la clé de la manipulation des matériaux à un niveau fondamental, annonçant une nouvelle ère de technologies basées sur le spin.
