Nové poznatky o Faradayově efektu a vlivu světla na magnetismus
V roce 1845 Michael Faraday zjistil, že světlo a magnetismus mají mezi sebou souvislost. Při procházení paprsku světla sklem umístěným v magnetickém poli zjistil, že polarizace světla se otáčí. Tento jev se stal známým jako Faradayův efekt. Po dobu 180 let vědci věřili, že fenomén je vyvolán elektrickým účinkem světla. Podle fyziků z Hebrejské univerzity v Jeruzalémě však situace není zcela taková. Jejich studie publikovaná v časopise Scientific Reports naznačuje, že magnetická složka světla přímo přispívá k Faradayově efektu. Světlo nejen osvětluje látku, ale také na ni vyvíjí magnetický vliv.
Fyzikové pomocí teoretického modelování prokázali, že oscilující magnetické pole světla otáčí spiny elektronů v materiálu, což vyvolává měřitelné změny, přičemž samotné světlo se při průchodu tímto materiálem rovněž otáčí.
Magnetická složka světla dosud nebyla zkoumána
Světlo je elektromagnetická vlna, což je směs oscilujících elektrických a magnetických polí. Fyzikové se dlouho soustředili na elektrickou složku světla; ta je zodpovědná za excitaci nabitých částic a většinu optických jevů. Zdálo se, že magnetická část světla nemá žádnou roli v Faradayově efektu, nyní ale bylo zjištěno, že magnetická složka také reaguje s látkami. Výzkumníci ji až dosud přehlíželi, protože v mnoha materiálech jsou magnetické síly slabší než elektrické síly, a spinové částice často nejsou synchronizovány s oscilacemi světla. Nicméně při cirkulární polarizaci světla, kdy se světelné vlny zkroucují jako šroubovák, se magnetická složka lépe zarovnává se spiny.
Studie, která vychází z Landau–Lifshitz–Gilbertovy rovnice popisující, jak se spiny chovají v magnetickém poli, zjistila, že optické magnetické pole vytváří vlastní magnetický moment, což je kroutící síla v materiálu. Když modelovali tuto situaci, zjistili, že magnetické pole světla je zodpovědné za 17 % Faradayova efektu v oblasti viditelného světla a za 70 % v infračerveném spektru. Takže nejen elektrické pole světla, ale i jeho magnetická složka interaguje s hmotou.
Nové poznatky o Verdetově konstantě
Během výzkumu byla také objevena nová fakta ohledně Verdetovy konstanty. Tato konstanta popisuje, jak silně látka otáčí polarizaci světla v magnetickém poli. Tradičně byla Verdetova konstanta spojována s tím, jak interaguje elektrická složka světla s pohybujícími se náboji.
Ale vědci ukázali, že Landau–Lifshitz–Gilbertova rovnice také naznačuje, že konstanta má část, která používá výhradně magnetickou složku. Jejich analýza dále ukázala, že Faradayův efekt a inverzní Faradayův efekt (opozitní jev) nejsou dokonalými zrcadlovými obrazem jeden druhého. V inverzním případě intenzivní světelné impulsy magnetizují materiály bez vnějšího magnetického pole, pouze světlo mění spin. Podle týmu se na ultrarychlých časových škálách dva efekty neprojevují přesně inverzním způsobem, neboť závisí na různých typech spinové dynamiky. Tento objev může pomoci osvětlit tajemství ultrarychlé magnetizace.
Tato ultrarychlá magnetizace je aplikována při kontrole spinů pomocí femtosekundových laserových impulsů v oblasti nové generace výpočetní techniky a ukládání dat. Dokonce i když světlo interaguje s látkou s neuvěřitelně krátkými impulsy, magnetická složka hraje překvapivě silnou roli.
Příslib pro spintroniku a kvantovou výpočetní techniku
Objev, že světlo vykonává magnetický vliv na hmotu, může otevřít nové cesty ve spintronice, optickém ukládání dat a dokonce i v kvantové výpočetní technice, kde je klíčové řízení spinových stavů. Zatím se jedná o teoretický průlom, který sám o sobě není důkazem. V laboratoři zatím nikdo nebyl schopen jev přímo pozorovat. Vědci nyní plánují experiment, který by oddělil magnetický moment světla od dominantního elektrického momentu. Pokud se potvrdí správnost této teorie, bude nutné aktualizovat učebnice, protože to změní optické zákony, které zůstávají nezměněny od 40. let 19. století.
