Νέα έρευνα δείχνει ότι το μαγνητικό μέρος του φωτός διαμορφώνει ενεργά τον τρόπο που το φως αλληλεπιδρά με την ύλη, αμφισβητώντας μια πεποίθηση 180 ετών. Η ομάδα απέδειξε ότι αυτή η μαγνητική συνιστώσα συμβάλλει σημαντικά στο φαινόμενο Φαραντέι, αντιπροσωπεύοντας ακόμη και έως και το 70% της περιστροφής στην υπέρυθρη περιοχή. Αποδεικνύοντας ότι το φως μπορεί να ασκήσει μαγνητική ροπή (torque) στα υλικά, τα ευρήματα ανοίγουν απροσδόκητους δρόμους για προηγμένες οπτικές και μαγνητικές τεχνολογίες.
Αποκαλύπτοντας την κρυμμένη μαγνητική δύναμη του φωτός
Ερευνητές στο Εβραϊκό Πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ ανακάλυψαν νέα στοιχεία που δείχνουν ότι το μαγνητικό τμήμα του φωτός, και όχι μόνο το ηλεκτρικό του συστατικό, παίζει ουσιαστικό και άμεσο ρόλο στον τρόπο που το φως αλληλεπιδρά με τα υλικά.
Τα αποτελέσματά τους, που δημοσιεύθηκαν στις 19 Νοεμβρίου στο Scientific Reports, αμφισβητούν μια μακροχρόνια εξήγηση του φαινομένου Φαραντέι (Faraday Effect), ενός βασικού φαινομένου της φυσικής που περιγράφηκε για πρώτη φορά πριν από σχεδόν δύο αιώνες.
Η εργασία, υπό την καθοδήγηση του Δρ. Amir Capua και του Benjamin Assouline από το Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Εφαρμοσμένης Φυσικής του πανεπιστημίου, παρέχει την πρώτη θεωρητική απόδειξη ότι το ταλαντούμενο μαγνητικό πεδίο εντός του φωτός διαμορφώνει ενεργά το φαινόμενο Φαραντέι. Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει όταν η πόλωση του φωτός περιστρέφεται καθώς διέρχεται μέσα από μια ουσία που βρίσκεται σε ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο.
Αμφισβητώντας παραδοχές 180 ετών για το φαινόμενο Φαραντέι
«Με απλά λόγια, πρόκειται για μια αλληλεπίδραση μεταξύ φωτός και μαγνητισμού», εξηγεί ο Δρ. Capua. «Το στατικό μαγνητικό πεδίο “στρίβει” το φως και το φως, με τη σειρά του, αποκαλύπτει τις μαγνητικές ιδιότητες του υλικού. Αυτό που ανακαλύψαμε είναι ότι το μαγνητικό τμήμα του φωτός έχει επίδραση πρώτης τάξεως, είναι εκπληκτικά ενεργό σε αυτή τη διαδικασία».
Από τότε που ο Μάικλ Φαραντέι αναγνώρισε για πρώτη φορά το φαινόμενο το 1845, οι επιστήμονες το απέδιδαν σε μεγάλο βαθμό στην αλληλεπίδραση του ηλεκτρικού πεδίου του φωτός με τα ηλεκτρικά φορτία στο εσωτερικό της ύλης. Τα νέα ευρήματα δείχνουν ότι το μαγνητικό πεδίο του φωτός διαδραματίζει επίσης άμεσο και μετρήσιμο ρόλο στη διαδικασία μέσω της επίδρασής του στα σπιν, μια συμβολή που είχε θεωρηθεί αμελητέα για πολύ καιρό.
Το μαγνητικό πεδίο του φωτός στο επίκεντρο
Μέσω προηγμένων υπολογισμών που χρησιμοποιούν την εξίσωση Landau–Lifshitz–Gilbert (LLG), η οποία μοντελοποιεί τον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρονται τα σπιν σε μαγνητικά υλικά, οι ερευνητές απέδειξαν ότι το μαγνητικό πεδίο του φωτός μπορεί να δημιουργήσει μαγνητική ροπή μέσα σε ένα υλικό με τον ίδιο τρόπο που μπορεί να το κάνει ένα στατικό μαγνητικό πεδίο. «Με άλλα λόγια», εξηγεί ο Capua, «το φως δεν φωτίζει απλώς την ύλη, την επηρεάζει και μαγνητικά».
Για να μετρήσει την ισχύ αυτής της επίδρασης, η ομάδα εφάρμοσε τη θεωρία της στο Terbium Gallium Garnet (TGG), έναν κρύσταλλο που χρησιμοποιείται συνήθως για τη μελέτη του φαινομένου Φαραντέι. Τα αποτελέσματά τους υποδεικνύουν ότι το μαγνητικό πεδίο του φωτός συνεισφέρει περίπου 17% στην περιστροφή που παρατηρείται στο ορατό φάσμα και έως και 70% στο υπέρυθρο.
