Фізики довели, що світло має приховану магнітну силу

Міжнародна команда фізиків із Єврейського університету в Єрусалимі виявила нову властивість взаємодії світла з матерією, яка змінює наше розуміння ефекту Фарадея — відкриття, зробленого ще у 1845 році Майклом Фарадеєм. Учені довели, що магнітна складова світлової хвилі безпосередньо впливає на зміну поляризації світла, тоді як раніше вважалося, що ефект зумовлений лише електричним полем світла.

Класичний ефект Фарадея описує, як під дією зовнішнього магнітного поля промінь світла, проходячи через прозорий матеріал, змінює напрям своєї поляризації. Це явище стало одним із перших підтверджень зв’язку між світлом і магнетизмом. Довгий час вважалося, що роль відіграє лише електрична складова світлової хвилі, тоді як магнітна — занадто слабка, щоб мати значення.

Ілюстрація, що зображує ефект Фарадея. (Wiki­me­dia Com­mon­s/­Dr­Bob/CC-BY-SA 3.0)

У новому дослідженні фізики застосували розрахунки на основі рівняння Ландау–Ліфшица–Гілберта, що описує поведінку магнітних моментів у твердих тілах, і змоделювали взаємодію світла з кристалом тербій-галієвого гранату (TGG) — матеріалу, який часто використовується в оптоволоконних системах. Виявилося, що магнітне поле світла забезпечує близько 17% ефекту Фарадея у видимому спектрі та до 70% — в інфрачервоному, що спростовує багаторічне припущення про його незначний вплив.

За словами керівника дослідження Аміра Капуа, відкриття показує, що світло не лише «освітлює» матерію, а й магнітно впливає на неї. «Магнітне поле світла може взаємодіяти зі спіном електрона — його власним обертанням, — створюючи крутний момент, який змінює орієнтацію цього спіну», — пояснив фізик. Такий ефект можливий завдяки круговій поляризації світла, коли його магнітна частина також «обертається».

Результати мають важливе значення для подальших досліджень у галузях квантових технологій, де інформацію можна зберігати та обробляти через спіни електронів, а не через електричний заряд. «Це відкриває шлях до керування магнітними станами безпосередньо за допомогою світла», — зазначив співавтор роботи, інженер Бенжамін Ассулін.