Nové poznatky o Faradayově efektu
V roce 1845 poskytl fyzik Michael Faraday první přímý důkaz, že elektromagnetismus a světlo jsou propojeny. Nyní se ukazuje, že toto spojení je ještě silnější, než Faraday původně předpokládal.
Ve svém experimentu Faraday prosvětlil skleněný vzorek, který byl proložen boraxem a oxidem olověným, a ponořil ho do magnetického pole. Zjistil, že to mění charakter světla: když světlo vycházelo ze skla, jeho polarizace se přesměrovala.
Světlo je elektromagnetická vlna a již 180 let se obecně uznává, že tento „Faradayův efekt“ demonstruje, že kombinovaná interakce magnetického pole, elektrických nábojů ve skle a elektrické složky světla vede k rotaci světelné vlny – což znamená, že se pohybuje jiným směrem, než když vniklo do materiálu.
Možná překvapivě se dlouho předpokládalo, že magnetická složka světla v Faradayově efektu hraje zanedbatelnou roli. Amir Capua a Benjamin Assouline z Hebrejské univerzity v Jeruzalémě nyní ukázali, že to není vždy pravda.
„Existuje druhá část světla, o které nyní chápeme, že interaguje s materiály,“ říká Capua.
Capua uvádí, že existují dva důvody, proč vědci nepokročili v myšlence, že magnetická složka světla hraje roli v Faradayově efektu. Zaprvé, magnetické síly uvnitř materiálů, jako je Faradayovo sklo, se zdají být relativně slabé ve srovnání s elektrickými silami. Zadruhé, když je Faradayovo sklo magnetizováno – což znamená, že kvantové spiny jeho složkových částic interagují s jakýmkoli magnetickým polem podobně jako malé magnety – tyto spiny jsou obvykle v nesouladu s magnetickou složkou vln světa, což naznačuje, že obě složky silně neinteragují.
Capua a Assouline si však uvědomili, že když je magnetická složka světla cirkulárně polarizována – což je v podstatě spirálovité – může interagovat s magnetickými spiny ve skle mnohem intenzivněji. Dospěli k závěru, že k této interakci dochází i bez jakéhokoli zvláštního úsilí manipulovat se světlem, protože jeho magnetická složka je vždy tvořena několika spirálovitými vlnami.
Jejich výpočty odhalily, že pokud by byl Faradayův experiment zopakován s magnetickým materiálem, jako je terbiový granát gallium (TGG), namísto skla, mohla by tato magnetická interakce ve skutečnosti přispět k 17 procentům výsledného Faradayova efektu, když viditelné světlo prochází tímto materiálem. Pokud by infračervené světlo prošlo materiálem TGG, mohla by magnetická interakce dosáhnout až 70 procent výsledného Faradayova efektu.
Igor Rozhansky z Univerzity v Manchesteru, UK, říká, že nové výpočty jsou přesvědčivé a ukazují na možné experimentální testy v budoucnu. Dosud zanedbávaná magnetická složka Faradayova efektu by mohla poskytnout nový způsob, jak vědci manipulovat se spiny uvnitř materiálů, dodává Rozhansky. Připouští, že je otevřená otázka, zda by tento efekt mohl být ve některých materiálech silnější než tradiční Faradayův efekt.
Budoucí experimenty přenesou nové poznatky z fundamentální fyziky do aplikací a Capua říká, že si již dokáže představit, jak by mohl být objev interakce magnetických spinů v některých materiálech se světelnou magnetickou složkou použit k jejich manipulaci. To by mohlo nakonec otevřít cestu pro nové typy senzorů založených na spinech a pevných disků.
