研究证实光磁分量显著影响法拉第效应 修正百年物理认知

一项于2025年11月19日发表在《科学报告》期刊上的研究，首次从理论层面证实了光所携带的振荡磁场在光与物质相互作用中扮演核心角色，尤其是在法拉第效应的形成过程中。这项由以色列希伯来大学电气工程与应用物理系团队主导的发现，挑战了自1845年迈克尔·法拉第发现该效应以来，科学界长达180年的传统认知，即认为法拉第效应中仅有光的电场起主要作用。

研究团队的核心发现是，光的磁场能够与材料内部的磁自旋发生直接耦合，从而对偏振光的旋转产生可观的贡献。这一理论突破意味着光与物质的相互作用机制比以往理解的更为全面，光不仅依靠电分量，其磁分量也是不可或缺的媒介。希伯来大学的阿米尔·卡普阿博士（Dr. Amir Capua）及其博士生本杰明·阿苏林（Benjamin Assouline）运用描述磁系统中自旋运动的朗道-利夫希兹-吉尔伯特方程进行了精密计算，揭示了光的磁场能够在材料内部诱发磁矩，作用方式与静磁场类似，从而引发法拉第旋转。

研究团队对计算结果进行了量化，发现在使用铽镓石榴石（Terbium Gallium Garnet, TGG）材料时，光的磁性作用对红外光谱的偏振旋转贡献率高达70%，而在可见光谱中则约为17%。TGG因其优异的法拉第旋转特性和对激光损伤的抵抗力，常被用于制造光学隔离器和磁光调制器。这一量化结果暗示了过去对法拉第效应的实验解释可能系统性地低估了光磁场的影响力。

法拉第效应是光在通过处于恒定磁场中的物质时，其偏振方向发生旋转的现象，自1845年被发现后，一直是揭示光与电磁现象关联的关键实验证据。此次理论突破的实际意义深远，它为先进光学技术和磁性技术，特别是在自旋电子学和光控磁技术领域，开辟了新的研究方向。更精确地理解和利用光的磁场作用，或能为调控材料内部的电子自旋极化状态提供高效新方法，这对自旋基量子计算等前沿技术的发展至关重要。

英国曼彻斯特大学的科学家伊戈尔·罗詹斯基（Igor Rozansky）对该计算结果表示认可，认为其具有说服力，并强调了后续实验验证的必要性。这项工作不仅是对基础物理学中光与物质相互作用模型的重大修正，也为开发新型光学仪器提供了理论基础，例如，它可能为测量宇宙或强激光相互作用产生的超强磁场提供新的途径，超越了传统波片在超高功率激光应用中的局限性。