Свет скрывал магнитный секрет почти 200 лет

Ученые обнаружили, что магнитная составляющая света помогает скручивать и влиять на материю способами, которые ранее считались невозможными. Этот прорыв меняет наше базовое понимание эффекта Фарадея и может стимулировать инновации в оптике и спинтронике. Автор: Энрике Саагун.

Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме обнаружили, что магнитная компонента света играет прямую роль в эффекте Фарадея, опровергая 180-летнее убеждение, что задействовано только электрическое поле света. Их работа показывает, что свет может оказывать магнитное влияние на материю, а не просто освещать её. Это открытие может способствовать прогрессу в оптике, спинтронике и новых квантовых технологиях.

Результаты исследования, опубликованные в Scientific Reports (Nature), показывают, что магнитная составляющая света, а не только электрическая, оказывает значимое и измеримое влияние на взаимодействие света с материалами. Этот результат противоречит научному объяснению, которое формировало понимание эффекта Фарадея с XIX века.

Исследование, проведенное под руководством доктора Амира Капуа и Бенджамина Ассулайна из Института электротехники и прикладной физики университета, предоставляет первые теоретические доказательства того, что колеблющееся магнитное поле света вносит прямой вклад в эффект Фарадея. Этот эффект описывает, как поляризация света вращается при прохождении через материал, помещенный в постоянное магнитное поле.

Как взаимодействуют свет и магнетизм

«Проще говоря, это взаимодействие между светом и магнетизмом, — говорит доктор Капуа. — Статическое магнитное поле «скручивает» 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».

Почти два столетия ученые приписывали эффект Фарадея исключительно взаимодействию электрического поля света с электрическими зарядами в веществе. Новое исследование показывает, что магнитное поле света также играет прямую роль, взаимодействуя со спинами атомов — вклад, который долгое время считался незначительным.

Расчет магнитного вклада

Используя сложные расчеты, основанные на уравнении Ландау–Лифшица–Гильберта (LLG), которое описывает поведение спинов в магнитных материалах, исследователи продемонстрировали, что магнитное поле света может создавать магнитный момент внутри материала способом, аналогичным статическому магнитному полю. Капуа поясняет:

«Другими словами, свет не просто освещает материю, он оказывает на нее магнитное влияние».

Чтобы измерить масштабы этого влияния, команда применила свою теоретическую модель к гранату тербия-галлия (TGG) — кристаллу, обычно используемому для изучения эффекта Фарадея. Их анализ показал, что магнитная составляющая света ответственна примерно за 17% наблюдаемого вращения в видимом спектре и до 70% в инфракрасном диапазоне.

Новые пути для будущих технологий

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

Исследователи отмечают, что это пересмотренное понимание магнитного поведения света может открыть двери для инноваций в области оптического хранения данных, спинтроники и магнитного управления с помощью света. Эта работа также может способствовать будущим разработкам в области спинового квантовых вычислений.

Источники: sciencedaily.com

Материалы предоставлены Еврейским университетом в Иерусалиме.

Benjamin Assouline, Amir Capua. Faraday effects emerging from the optical magnetic field. Scientific Reports, 2025; 15 (1) DOI: 10.1038/s41598-025-24492-9