Новое исследование пересматривает роль магнитного компонента света в эффекте Фарадея

Недавняя научная публикация, датированная 19 ноября 2025 года в рецензируемом журнале Scientific Reports, представляет собой теоретическое уточнение в понимании взаимодействия света и материи. Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме, доктор Амир Капуа и аспирант Бенджамин Ассулин, представили теоретическое доказательство того, что осциллирующее магнитное поле, присущее свету, вносит существенный вклад в явление, известное как эффект Фарадея. Это открытие ставит под сомнение устоявшееся на протяжении 180 лет научное представление, согласно которому вращение плоскости поляризации света в магнитном поле обусловлено исключительно электрической составляющей света, взаимодействующей с электрическими зарядами в материале.

Суть нового вывода заключается в том, что магнитное поле света взаимодействует с магнитными спинами внутри материала, тем самым внося вклад в эффект Фарадея. Команда применила свои расчеты к кристаллу Тербий-Галлий-Гарнет (ТГГ), который часто используется в экспериментах по эффекту Фарадея, для количественной оценки этого вклада. Полученные данные показывают, что магнитная составляющая отвечает примерно за 17% вращения в видимом спектре, а в инфракрасном диапазоне этот показатель достигает 70%. Это означает, что в определенных условиях магнитное влияние света доминирует над электрическим, что ранее считалось пренебрежимо малым.

Для вывода своих результатов исследователи использовали продвинутые вычисления, основанные на уравнении Ландау-Лифшица-Гилберта, которое является стандартной моделью для описания изменения направления магнитных спинов в материалах. Эффект Фарадея, открытый Майклом Фарадеем в 1845 году, описывает поворот поляризации света при прохождении через среду, помещенную в статическое магнитное поле, и долгое время служил первым экспериментальным свидетельством связи света и электромагнетизма. Доктор Капуа пояснил, что статическое магнитное поле «скручивает» свет, а свет, в свою очередь, выявляет магнитные свойства материала, подчеркивая, что магнитная часть света имеет эффект первого порядка и активна в этом процессе.

Практическая значимость этого теоретического уточнения проявляется в открытии новых путей для развития передовых оптических и магнитных технологий. Признание значительной роли магнитного поля света может ускорить прогресс в таких областях, как спинтроника, где информация обрабатывается с использованием спина электронов, а не только заряда. Кроме того, это открывает перспективы для оптического хранения данных и светового управления магнитными состояниями, а также может сыграть роль в разработке будущих спин-ориентированных квантовых вычислительных систем. Тербий-Галлий-Гарнет (ТГГ), химическая формула которого Tb₃Ga₅O₁₂, является синтетическим гранатом, известным своей прозрачностью и устойчивостью к лазерному повреждению.

Профессор Гади Эйзенштейн из Техниона – Израильского технологического института, не участвовавший в исследовании, отметил, что работа вызывает важные вопросы и является примечательной, указывая на потенциальные приложения в материаловедении и детекторах. В более широком контексте, это открытие может усилить роль светового управления в манипулировании ориентацией спина в будущем. Таким образом, исследование закладывает основу для нового поколения оптических устройств, основанных на более полном понимании дуальной, электрическо-магнитной природы света.