耶路撒冷希伯來大學研究：光之磁場分量顯著影響法拉第效應

耶路撒冷希伯來大學一項新的理論研究，挑戰了長達一百八十年的科學基本信念，指出光中所固有的振盪磁場分量，會主動形塑法拉第效應的表現。此項核心發現於二零二五年十一月十九日發表於《科學報告》（Scientific Reports）期刊，首次從理論上證實了光學磁場分量在法拉第效應中扮演了可觀測的角色，顛覆了傳統上認為此現象僅由光的電場分量主導的假設。

此項開創性的調查工作由該校電機與應用物理系的 Amir Capua 博士及其博士生 Benjamin Assouline 共同領導。研究團隊運用了先進的理論模型，特別是蘭道-李夫席茲-吉爾伯特（Landau–Lifshitz–Gilbert, LLG）方程式，成功證明光學磁場能夠透過與物質內部的磁旋轉相互作用，在材料中激發出磁性扭矩，此作用機制與靜態外部磁場所施加的扭轉力具有相似之處。Capua 博士指出，光不僅僅是照亮物質，而是對其施加了直接的磁性作用，研究人員總結認為，光中負責磁性的部分在法拉第過程中具有一階效應，其活躍程度超出預期。

為驗證其理論框架，研究團隊將模型應用於釓酸鋱（Terbium Gallium Garnet, TGG），化學式為 $\text{Tb}_3\text{Ga}_5\text{O}_{12}$，這是一種因其高 Verdet 常數而被廣泛用作法拉第旋轉器的合成柘榴石材料。計算結果提供了具體的數值證據：在可見光譜範圍內，光的磁性分量約佔觀察到的偏振旋轉的百分之十七。更為顯著的是，當針對 TGG 檢視紅外光譜時，此磁性貢獻的比例急劇攀升至百分之七十之多。Benjamin Assouline 強調，這些結果證實了光與物質之間是以磁性方式進行通訊，而非過去所理解的僅限於電性作用。

此項理論上的精確修正，對於尖端技術的發展具有指導意義，特別是在自旋電子學（spintronics）以及光學控制磁態等領域，開啟了新的研究途徑。法拉第效應最早由麥可·法拉第（Michael Faraday）於一八四五年所觀測到，描述了光在磁場中的偏振旋轉現象。對磁性貢獻的量化暗示著，過去的實驗分析可能系統性地低估了光所扮演的磁性角色。此項發現為光控磁性實驗工作提供了基礎性的物理解釋，並為設計具有更高效率的法拉第隔離器和光學隔離器提供了理論依據，這些元件在光纖通訊和雷射系統中扮演著不可或缺的角色。

研究人員指出，未來實驗應著重於在不同磁性材料中，精確測量紅外波段的法拉第旋轉角，以期直接驗證理論預測的百分之七十磁性貢獻比例。此項研究的理論基礎，特別是 LLG 方程式的應用，與當代材料科學中對磁性響應的描述高度一致，為理解磁光學現象提供了新的數學工具，並為磁光克爾效應（Magneto-Optical Kerr Effect, MOKE）的分析提供了更精確的模擬方向。