Почти два столетия связь между светом, магнетизмом и материалами понималась через эффект Фарадея — явление, впервые наблюдаемое Майклом Фарадеем в 1845 году. Новые исследования теперь показывают, что эта связь более нюансирована, чем считалось ранее, и магнитная составляющая света играет удивительно значительную роль во взаимодействии со определенными материалами.
Исходный эффект Фарадея: исторический обзор
Фарадей обнаружил, что когда свет проходит через определенные вещества (например, стекло, обогащенное борной кислотой и оксидом свинца) под воздействием магнитного поля, его поляризация вращается. Устоявшее объяснение заключалось в том, что это вращение происходит из-за взаимодействия между магнитным полем, электрическими зарядами внутри материала и самой электрической составляющей света.
Считалось, что магнитная составляющая света оказывает незначительное или вообще никакого влияния. Эта модель принималась в течение почти двух столетий.
Новые открытия: магнитная составляющая выходит на первый план
Исследователи Амир Капуа и Бенджамин Ассулин из Еврейского университета в Иерусалиме оспорили это давнее предположение. Их расчеты демонстрируют, что при определенных условиях магнитная составляющая света действительно взаимодействует с материалами, потенциально объясняя существенную часть наблюдаемого эффекта Фарадея.
Ключ кроется в поляризации света. Когда свет циркулярно поляризован — то есть его магнитное поле спиралевидно, как у штопора — он взаимодействует сильнее с магнитными спинами внутри определенных материалов.
Гранат тербия и галлия (TGG): показательный случай
Исследователи обнаружили, что при повторении эксперимента Фарадея с использованием граната тербия и галлия (TGG) — магнитного материала — магнитное взаимодействие могло объяснить 17% эффекта с видимым светом и до 70% с инфракрасным светом. Это говорит о том, что в некоторых материалах влияние магнитной составляющей света далеко не пренебрежимо мало.
Это ранее не исследовалось, потому что магнитные силы внутри материалов, таких как стекло Фарадея, относительно слабы по сравнению с электрическими силами. Кроме того, спины в этих материалах не всегда выровнены с магнитной составляющей света. Но циркулярно поляризованный свет меняет эту динамику.
Последствия и будущие применения
Игорь Рожанский, физик из Университета Манчестера, подтверждает, что расчеты убедительны и требуют дальнейшей экспериментальной проверки. Результаты открывают новые возможности для манипулирования спинами внутри материалов, что потенциально приведет к усовершенствованию технологий, таких как спиновые сенсоры и жесткие диски.
Возможность контролировать магнитные спины с помощью света может произвести революцию в технологиях хранения и обработки данных.
В заключение, связь между светом и магнетизмом, впервые проясненная Фарадеем, теперь оказалась еще более сложной, чем считалось ранее. Магнитная составляющая света, долгое время считавшаяся незначительной, может стать ключом к манипулированию материалами на фундаментальном уровне, предвещая новую эру спин-основанных технологий.
