Открыта новая магнитная составляющая в эффекте Фарадея спустя почти два века

Эффект Фарадея. Автор: Энрике Саагун

Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме обнаружили, что магнитная составляющая света играет прямую роль в эффекте Фарадея, опровергнув 180-летнее предположение о том, что важна только его электрическая составляющая.

Их выводы, опубликованные в журнале Scientific Reports, показывают, что свет может магнитным образом влиять на материю, а не просто освещать её. Это открытие открывает новые возможности в оптике, спинтронике и квантовых технологиях.

Исследование проводилось под руководством доктора Амира Капуа и Бенджамина Ассулина из Института электротехники и прикладной физики Еврейского университета в Иерусалиме. В нём представлено первое теоретическое доказательство того, что осциллирующее магнитное поле света напрямую влияет на эффект Фарадея — явление, при котором поляризация света вращается при прохождении через материал, находящийся в постоянном магнитном поле.

«Проще говоря, это взаимодействие между светом и магнетизмом, — объясняет доктор Капуа. — Статическое магнитное поле «закручивает» свет, а свет, в свою очередь, раскрывает магнитные свойства материала. Мы обнаружили, что магнитная часть света оказывает влияние первого порядка, она удивительно активна в этом процессе».

С момента своего открытия в 1845 году британским учёным Майклом Фарадеем, этот эффект объяснялся взаимодействием между электрическим полем света и электрическими зарядами в материи. Однако новое исследование демонстрирует, что магнитное поле света, долгое время считавшееся незначительным, вносит прямой и измеримый вклад в этот эффект, взаимодействуя со спинами.

Используя сложные расчёты на основе уравнения Ландау – Лифшица – Гилберта (LLG), которое описывает движение спинов в магнитных системах, исследователи показали, что магнитное поле света может создавать магнитный момент внутри материала, подобно статическому магнитному полю.

«Другими словами, — говорит Капуа, — свет не просто освещает материю, он магнитным образом на неё влияет».

Чтобы количественно оценить это влияние, команда применила свою модель к гранату тербия-галлия (TGG), кристаллу, широко используемому для измерения эффекта Фарадея. Они обнаружили, что магнитное поле света отвечает примерно за 17% наблюдаемого вращения на видимых длинах волн и до 70% в инфракрасном диапазоне.

«Наши результаты показывают, что свет «общается» с материей не только через своё электрическое поле, но и через магнитное поле — компонент, который до сих пор в значительной степени игнорировался», — говорит Ассулин.

Открытие открывает двери для новых возможностей в оптике и магнетизме, включая применение в спинтронике, оптическом хранении данных и магнитном управлении с помощью света. Оно может даже внести вклад в будущие спиновые квантовые вычислительные технологии.

Больше информации: Faraday Effects Emerging from the Optical Magnetic Field, Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-24492-9

Источник: Еврейский университет в Иерусалиме