Нове дослідження: Магнітна складова світла суттєво впливає на ефект Фарадея

Наукова праця, опублікована 19 листопада 2025 року у виданні «Scientific Reports», пропонує переосмислення фундаментального розуміння взаємодії світла з матерією. Дослідники з Єврейського університету в Єрусалимі, зокрема доктор Амір Капуа та аспірант Венжамін Ассулін з Департаменту електротехніки та прикладної фізики, надали перше теоретичне підтвердження того, що осцилююче магнітне поле світла активно формує ефект Фарадея. Це відкриття кидає виклик домінуючому протягом 180 років уявленню, що за цей ефект відповідає виключно електрична складова світла.

Суть новаторського висновку полягає в тому, що магнітне поле світла взаємодіє з магнітними спінами в матеріалі, вносячи значний, а не нехтовний, внесок у загальне обертання поляризації. Історично ефект Фарадея, відкритий Майклом Фарадеєм у 1845 році, описував обертання поляризації світла при проходженні через матеріал у статичному магнітному полі, і його пояснювали лише електричною взаємодією. Доктор Капуа зазначає, що «статичне магнітне поле «скручує» світло, а світло, у свою чергу, виявляє магнітні властивості матеріалу».

Нова робота, використовуючи розширені розрахунки на основі рівняння Ландау-Ліфшица-Гільберта, яке моделює поведінку магнітних спінів, довела, що магнітне поле світла генерує магнітний крутний момент усередині матеріалу, подібно до дії постійного зовнішнього магніту. Це означає, що світло «спілкується» з матерією не лише електрично, а й магнітно, що є ефектом першого порядку. Теоретичне моделювання встановило, що при застосуванні до кристала Тербій-Галій-Гранат (ТГГ), магнітна складова відповідає приблизно за 17% обертання у видимому спектрі.

Кількісні дані демонструють значну залежність цього магнітного внеску від спектрального діапазону. У інфрачервоному діапазоні цей внесок зростає до 70% від загального обертання. Тербій-Галій-Гранат (ТГГ) використовується в ротаторах Фарадея, які є ключовими компонентами оптичних ізоляторів у лазерних системах. Той факт, що магнітна складова настільки домінує в інфрачервоному діапазоні, свідчить про те, що попередні експериментальні інтерпретації могли систематично недооцінювати магнітний вплив світла.

Це теоретичне уточнення відкриває шляхи для розробки передових оптичних та магнітних технологій. Визнання активної ролі магнітного поля світла може вплинути на проєктування пристроїв у галузі спінтроніки, оптичного зберігання даних та світлового контролю магнітних станів. Робота також пропонує чисте пояснення розбіжностей між прямим та оберненим ефектами Фарадея на ультрашвидких часових масштабах. Наступним кроком є розробка експериментів, достатньо точних, щоб підтвердити цей магнітний крутний момент, відокремивши його від домінуючого електричного внеску.