Składowa Magnetyczna Światła Aktywnie Wpływa na Efekt Faradaya, Kwestionując Stare Założenia

Nowe badania naukowe, opublikowane 19 listopada 2025 roku w periodyku „Scientific Reports”, redefiniują rozumienie interakcji światła z materią, koncentrując się na roli składowej magnetycznej fali świetlnej. Zespół badawczy z Wydziału Inżynierii Elektrycznej i Fizyki Stosowanej na Uniwersytecie Hebrajskim w Jerozolimie, w skład którego wchodzili doktor Amir Capua oraz student studiów doktoranckich Benjamin Assouline, przedstawił pierwszy dowód teoretyczny, że oscylujące pole magnetyczne światła aktywnie kształtuje efekt Faradaya.

Odkrycie to podważa przekonanie utrzymujące się od 1845 roku, kiedy Michael Faraday zidentyfikował zjawisko, sugerując, że rotacja polaryzacji jest wynikiem wyłącznie oddziaływania pola elektrycznego światła z ładunkami w materiale. Istota przełomu polega na ilościowym wykazaniu, że pole magnetyczne światła wywiera istotny wpływ na moment obrotowy działający na spiny magnetyczne w materiale, co stanowi interakcję typu światło-magnetyzm. Badacze zastosowali zaawansowane obliczenia oparte na równaniu Landaua-Lifshitza-Gilberta, standardowym modelu opisującym precesję wektorów namagnesowania, aby modelować ten mechanizm.

Analiza wykazała, że magnetyczna część światła ma efekt pierwszego rzędu, co oznacza, że jest zaskakująco aktywna w procesie Faradaya, komunikując się z materią na poziomie magnetycznym, a nie tylko elektrycznym. Kluczowe dane empiryczne, uzyskane poprzez zastosowanie modelu do kryształu granatu terbowo-galowego (TGG), powszechnie wykorzystywanego w eksperymentach z efektem Faradaya, dostarczają konkretnych miar tego wpływu. W zakresie widma widzialnego, składowa magnetyczna odpowiada za około 17% obserwowanej rotacji polaryzacji, natomiast w zakresie podczerwieni ten udział wzrasta do 70%.

Te ilościowe wyniki sugerują, że dotychczasowe interpretacje eksperymentalne mogły systematycznie niedoszacowywać rzeczywistego wpływu magnetycznego światła na zjawiska magnetooptyczne. Nowe ustalenia, opublikowane przez Capuę i Assouline'a, uzupełniają klasyczny opis Faradaya i wskazują na asymetrię stałych Verdeta dla efektu Faradaya (FE) i odwrotnego efektu Faradaya (IFE), co jest zgodne z wcześniejszymi doniesieniami o naruszeniu zasady wzajemności w ultraszybkich skalach czasowych.

Implikacje praktyczne tego teoretycznego przełomu są znaczące dla rozwoju zaawansowanych technologii optycznych i magnetycznych. Lepsze zrozumienie, w jaki sposób pole magnetyczne światła może wywierać przewidywalny moment obrotowy na spiny materiału, otwiera nowe kierunki badań w dziedzinie spintroniki oraz w technologiach optycznego sterowania stanami magnetycznymi. To fundamentalne uściślenie modeli oddziaływania światło-materia, które do tej pory koncentrowały się głównie na polu elektrycznym, stanowi krok naprzód w fizyce fundamentalnej, oferując jednocześnie ścieżki innowacji.