Od prawie dwóch stuleci związek między światłem, magnetyzmem i materiałami rozumiany jest na podstawie efektu Faradaya – zjawiska zaobserwowanego po raz pierwszy przez Michaela Faradaya w 1845 roku. Nowe badania pokazują, że to powiązanie jest bardziej zróżnicowane niż wcześniej sądzono, a magnetyczny składnik światła odgrywa zaskakująco znaczącą rolę w jego interakcji z niektórymi materiałami.
Oryginalny efekt Faradaya: przegląd historyczny
Faraday odkrył, że gdy światło przechodzi przez pewne substancje (takie jak szkło wzbogacone kwasem borowym i tlenkiem ołowiu) pod wpływem pola magnetycznego, zmienia się jego polaryzacja. Przeważającym wyjaśnieniem było to, że rotacja ta wynikała z interakcji pomiędzy polem magnetycznym, ładunkami elektrycznymi w materiale i elektrycznym składnikiem samego światła.
Uważano, że magnetyczny składnik światła ma niewielki wpływ lub nie ma go wcale. Model ten był akceptowany przez prawie dwa stulecia.
Nowe odkrycia: na pierwszy plan wysuwa się element magnetyczny
Badacze Amir Kapua i Benjamin Assouline z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie zakwestionowali to długo utrzymywane założenie. Ich obliczenia pokazują, że w pewnych warunkach składnik magnetyczny światła naprawdę oddziałuje z materiałami, co potencjalnie wyjaśnia znaczną część obserwowanego efektu Faradaya.
Klucz leży w polaryzacji światła. Kiedy światło jest spolaryzowane kołowo — to znaczy jego pole magnetyczne jest spiralne jak korkociąg — oddziałuje ono silniej ze spinami magnetycznymi wewnątrz niektórych materiałów.
Granat terbowo-galowy (TGG): studium przypadku
Naukowcy odkryli, że gdy powtórzono eksperyment Faradaya z granatem terbowo-galowym (TGG), materiałem magnetycznym, interakcja magnetyczna może wyjaśnić 17% efektu w świetle widzialnym i do 70% w świetle podczerwonym. Sugeruje to, że w przypadku niektórych materiałów wpływ magnetycznego składnika światła nie jest pomijalny.
Nie badano tego wcześniej, ponieważ siły magnetyczne w materiałach takich jak szkło Faradaya są stosunkowo słabe w porównaniu z siłami elektrycznymi. Ponadto spiny tych materiałów nie zawsze są zgodne ze składową magnetyczną światła. Jednak światło spolaryzowane kołowo zmienia tę dynamikę.
Implikacje i przyszłe zastosowania
Igor Rozhansky, fizyk z Uniwersytetu w Manchesterze, potwierdza, że obliczenia są przekonujące i wymagają dalszej weryfikacji eksperymentalnej. Wyniki otwierają nowe możliwości manipulowania spinami w materiałach, potencjalnie prowadząc do ulepszeń technologii, takich jak czujniki spinu i dyski twarde.
Możliwość kontrolowania spinów magnetycznych za pomocą światła może zrewolucjonizować technologie przechowywania i przetwarzania danych.
Podsumowując, związek między światłem a magnetyzmem, wyjaśniony po raz pierwszy przez Faradaya, obecnie okazuje się jeszcze bardziej złożony, niż wcześniej sądzono. Magnetyczny składnik światła, długo uważany za nieistotny, może okazać się kluczem do manipulowania materiałami na podstawowym poziomie, zwiastując nową erę technologii opartych na wirowaniu.
