Magnetische Component van Licht Speelt Cruciale Rol in Faraday-effect

Een theoretische doorbraak aan de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem stelt een 180 jaar oude aanname over de interactie tussen licht en materie ter discussie. De kern van de bevinding, gepubliceerd op 19 november 2025 in het tijdschrift Scientific Reports, is dat de magnetische component van licht een actieve en significante rol speelt in het Faraday-effect. Dit staat in contrast met de heersende opvatting dat deze polarisatierotatie uitsluitend het gevolg is van de elektrische interactie van licht met de ladingen in een materiaal.

De onderzoekers, onder leiding van Dr. Amir Capua en promovendus Benjamin Assouline van de afdeling Elektrotechniek en Toegepaste Fysica, leverden het eerste theoretische bewijs dat het oscillerende magnetische veld in licht daadwerkelijk bijdraagt aan de rotatie door interactie met de magnetische spins binnen een materiaal. Het historische Faraday-effect, ontdekt door Michael Faraday in 1845, beschrijft de draaiing van de polarisatie van licht wanneer het door een materiaal gaat onder invloed van een statisch magnetisch veld. De nieuwe studie kwantificeert de invloed van dit voorheen verwaarloosde magnetische deel.

De analyse toont aan dat de magnetische bijdrage tot wel 70% van de rotatie kan verklaren in het infraroodspectrum, terwijl dit percentage rond de 17% ligt voor het zichtbare spectrum wanneer Terbium Gallium Garnet (TGG) als testmateriaal wordt gebruikt. De onderzoekers baseerden hun berekeningen op de Landau-Lifshitz-Gilbert-vergelijking, een standaardmodel voor de dynamiek van magnetische spins, om te demonstreren hoe het optische magnetische veld een magnetische kracht genereert die vergelijkbaar is met die van een externe magneet.

Dr. Capua verduidelijkte dat dit impliceert dat licht niet alleen elektrisch, maar ook magnetisch 'communiceert' met materie, wat een eerste-orde effect is dat verrassend actief blijkt te zijn in het Faraday-proces. Deze bevindingen hebben directe implicaties voor de Verdet-constante, de maatstaf voor de sterkte van de polarisatierotatie, aangezien deze traditioneel uitsluitend aan de elektrische interactie werd toegeschreven.

De technologische relevantie van deze theoretische verfijning is aanzienlijk, aangezien het onverwachte paden opent voor de ontwikkeling van geavanceerde optische en magnetische technologieën. Toepassingen die hierdoor beïnvloed kunnen worden, omvatten spintronica, optische gegevensopslag en de lichtgestuurde manipulatie van magnetische toestanden. Bovendien wijst de studie op een subtiel verschil in de reciprociteit tussen het directe Faraday-effect en het inverse effect, wat mogelijk licht werpt op onopgeloste vraagstukken binnen het domein van ultrassnel magnetisme.