Magnetyczne pole ma głos
Zespół naukowców z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie przeprowadził eksperymenty, które mogą zmienić sposób postrzegania interakcji światła z materią. Benjamin Assouline i Amir Capua skupili się na badaniu granitu terbowo-galowego, materiału powszechnie stosowanego w komponentach optycznych wykorzystujących efekt Faradaya. Wyniki okazały się zaskakujące nawet dla samych badaczy. Okazało się, iż magnetyczna składowa światła odpowiada za około 17% rotacji polaryzacji przy długości fali 800 nanometrów, czyli w zakresie widzialnym. Jeszcze bardziej imponujące są wyniki dla podczerwieni: przy długości fali 1,3 mikrometra udział ten wzrasta do 70-75%. To zupełnie nowe spojrzenie na zjawisko, które do tej pory tłumaczono głównie oddziaływaniem elektrycznej składowej światła.
Mówiąc prościej, jest to interakcja między światłem a magnetyzmem. Statyczne pole magnetyczne “skręca” światło, a światło z kolei ujawnia magnetyczne właściwości materiału. Odkryliśmy, że magnetyczna część światła ma efekt pierwszego rzędu, jest zaskakująco aktywna w tym procesie – objaśnia Capua
Naukowcy zastosowali równanie Landaua-Lifshitza-Gilberta do modelowania dynamiki namagnesowania. Ich analiza wykazała, iż optycznie indukowany moment obrotowy wykazuje liniową zależność od fluencji optycznej oraz różnicy intensywności między światłem o polaryzacji kołowej prawej i lewej.
Ultraszybkie skale czasowe zmieniają reguły gry
Jednym z kluczowych ustaleń badania jest wykazanie, że efekt Faradaya i odwrotny efekt Faradaya nie są wzajemne w ultraszybkich, nierównowagowych skalach czasowych. Oznacza to, iż nie można ich opisać tą samą stałą Verdeta, czyli parametrem określającym, jak silnie materiał obraca płaszczyznę polaryzacji światła. To odkrycie ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia interakcji światła z materią. Badacze udowodnili, że wpływ optycznego pola magnetycznego pozostaje istotny niezależnie od tego, czy mamy do czynienia z pojedynczymi impulsami świetlnymi, seriami impulsów czy ciągłą falą. Przez ostatnie dwie dekady stopniowo podważano założenie o wzajemności tych efektów, szczególnie w kontekście ultraszybkich procesów, gdzie równowaga termiczna nie jest osiągana.
Nasze wyniki pokazują, że światło “rozmawia” z materią nie tylko poprzez swoje pole elektryczne, ale także poprzez swoje pole magnetyczne, komponent, który do tej pory był w dużej mierze pomijany – dodaje Assouline
Nowe horyzonty dla technologii
Odkrycie może mieć praktyczne konsekwencje w kilku obszarach technologii. Spintronika, wykorzystująca spin elektronów zamiast ich ładunku do przechowywania i przetwarzania informacji, może skorzystać na lepszym zrozumieniu interakcji światła z magnetycznymi właściwościami materiałów. Perspektywa stworzenia szybszych i bardziej energooszczędnych urządzeń pamięci wydaje się realna. Kolejnym obszarem, który może odnieść korzyści, jest optyczna kontrola magnetyzmu. Możliwość precyzyjnego manipulowania magnetycznymi właściwościami materiałów za pomocą światła może znaleźć zastosowanie w nowych typach przełączników optycznych czy sensorów. Badacze wykazali już, że deterministyczne przełączanie namagnesowania może zachodzić przy stosunkowo niskich mocach lasera w dłuższych czasach ekspozycji.
Czytaj też: Poznaj najdziwniejszy nadprzewodnik współczesnej fizyki
Największe nadzieje wiąże się jednak z obliczeniami kwantowymi opartymi na spinie. Zrozumienie, iż magnetyczne pole światła aktywnie uczestniczy w interakcjach ze spinami elektronów, może pomóc w projektowaniu bardziej stabilnych i efektywnych kubitów spinowych. Warto jednak pamiętać, że badania nad komputerami kwantowymi wciąż znajdują się w fazie eksperymentalnej. My widzimy natomiast, jak efekt Faradaya, badany od 1845 roku, wciąż potrafi zaskakiwać.