Учёные обнаружили неожиданную магнитную роль света в эффекте Фарадея
Израильские учёные, пересматривая фундаментальное физическое явление — эффект Фарадея, обнаружили неожиданное магнитное взаимодействие между светом и веществом. Новое исследование бросает вызов давним представлениям о том, что свет лишь освещает материю, и заставляет переосмыслить природу одного из основополагающих взаимодействий в физике. Это уточнённое понимание может оказаться полезным для передовых технологий, таких как спинтроника и квантовые устройства.
Эффект Фарадея, впервые обнаруженный Майклом Фарадеем в 1845 году, описывает вращение плоскости поляризации света, когда он проходит через материал, помещённый в постоянное магнитное поле. Традиционно считалось, что в этом вращении участвует исключительно электрическое поле света. Однако новое исследование под руководством доктора Амира Капуа и Бенджамина Ассулайна из Института электротехники и прикладной физики Еврейского университета в Иерусалиме предоставляет теоретические доказательства того, что осциллирующее магнитное поле света также вносит прямой и значительный вклад в этот эффект.
Доктор Капуа пояснил, что суть явления заключается во взаимодействии света и магнетизма: постоянное магнитное поле «закручивает» свет, а свет, в свою очередь, раскрывает магнитные свойства материала. Учёные пришли к выводу, что магнитная составляющая света играет первостепенную роль и неожиданно активна в этом процессе. Вместо того чтобы быть незначительной, как предполагалось ранее, магнитная компонента света оказывает прямое и измеримое воздействие на спиновое поведение, возникающее при эффекте Фарадея.
Исследование основано на уравнении Ландау–Лифшица–Гилберта, которое описывает динамику магнетизма в твёрдых телах. Используя эту модель, команда показала, что магнитное поле света способно генерировать магнитный момент внутри материала, аналогично эффекту статического магнитного поля. Проще говоря, свет не просто освещает материю, но и оказывает на неё магнитное влияние.
Для проверки своей модели исследователи сфокусировались на галлиевом гранате тербия, одном из наиболее распространённых материалов для изучения эффекта Фарадея. Применив свою модель, они выяснили, что вклад магнитного поля света в наблюдаемое вращение поляризации достигает 17% на видимых длинах волн и до 70% в инфракрасном диапазоне. Учёные уже планируют дополнительные эксперименты для лабораторной проверки своих предсказаний. Соавтор работы Бенджамин Ассулайн заключил, что полученные результаты демонстрируют: свет «общается» с материей не только посредством своего электрического поля, но и через магнитное поле, компонент, который до сих пор в значительной степени игнорировался.
Исследование было в журнале Nature Scientific Reports.