W 1845 roku fizyk Michael Faraday dostarczył pierwsze bezpośrednie dowody na to, że elektromagnetyzm i światło są powiązane. Okazuje się teraz, że ta zależność jest nawet silniejsza, niż sądził Faraday.
W swoim eksperymencie Faraday skierował światło przez kawałek szkła nasączonego kwasem borowym i tlenkiem ołowiu zanurzone w polu magnetycznym. Odkrył, że zmieniło to światło: gdy wydobywało się ze szkła, jego polaryzacja została przestawiona.
Światło jest falą elektromagnetyczną, i od 180 lat powszechnie przyjęto, że ten „efekt Faradaya” pokazuje, jak skumulowana interakcja pola magnetycznego, ładunków elektrycznych w szkle oraz składowa elektryczna światła powoduje, że fala świetlna staje się obracana – drgając w innym kierunku niż przed wejściem do materiału.
Amir Capua i Benjamin Assouline z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie w Izraelu wykazali teraz, że składowa magnetyczna światła nie zawsze odgrywa efektywnie żadnej roli w efekcie Faradaya.
„Istnieje druga część światła, która teraz rozumiemy, jak oddziałuje na materiały” – mówi Capua.
Capua wskazuje, że są dwa powody, dla których badacze nie podążyli za pomysłem, że składowa magnetyczna światła odgrywa rolę w efekcie Faradaya. Po pierwsze, siły magnetyczne w materiałach takich jak szkło Faradaya wydają się stosunkowo słabe w porównaniu z siłami elektrycznymi. Po drugie, gdy materiały, takie jak szkło Faradaya, są namagnesowane – co oznacza, że kwantowe spiny ich składników oddziaływują z dowolnym polem magnetycznym, jak małe magnesy – te spiny są zazwyczaj niesynchroniczne ze składową magnetyczną fal świetlnych, co sugeruje, że obie te składowe nie oddziałują silnie.
Jednak Capua i Assouline zauważyli, że gdy składowa magnetyczna światła jest okrężnie spolaryzowana – zasadniczo w postaci wirów lub śrubopodobnych – może oddziaływać z magnetycznymi spinami w szkle znacznie bardziej intensywnie. Doszli do wniosku, że dzieje się to nawet bez żadnego specjalnego wysiłku w celu manipulowania światłem, ponieważ jego składowa magnetyczna zawsze składa się z kilku fal śrubowatych.
Obliczenia dwóch badaczy wykazały, że jeśli eksperyment Faradaya zostanie powtórzony z materiałem magnetycznym o nazwie Terbium-Gallium-Garnet zamiast szkła, to to działanie magnetyczne może rzeczywiście stanowić nawet 17% rezultującego efektu Faradaya, gdy światło widzialne przechodzi przez materiał. Jeśli przez materiał Terbium-Gallium-Garnet przepuszcza się światło podczerwone, to działanie magnetyczne może stanowić nawet 70% rezultującego efektu Faradaya.
Igor Rozhansky z Uniwersytetu w Manchesterze w Wielkiej Brytanii twierdzi, że nowe obliczenia są przekonujące i wskazują na możliwe testy eksperymentalne w przyszłości. Dotychczas zaniedbywana składowa magnetyczna efektu Faradaya może dostarczyć nowej drogi dla badaczy do manipulowania spinami wewnątrz materiałów, mówi Rozhansky. Dodaje, że otwartym pytaniem jest, czy ten efekt może faktycznie być silniejszy niż tradycyjny efekt Faradaya w niektórych materiałach.
Przyszłe eksperymenty przyniosą nowe odkrycia z fizyki podstawowej do zastosowań, a Capua mówi, że już teraz może wyobrazić sobie, jak odkrycie, że magnetyczne spiny niektórych materiałów mogą oddziaływać ze składową magnetyczną światła, może być wykorzystane do ich manipulacji. To ostatecznie może otworzyć drogę dla nowych typów sensorów opartych na spinie i napędów twardych.
