Για σχεδόν δύο αιώνες, οι επιστήμονες πίστευαν ότι το φως αλληλεπιδρά με την ύλη κυρίως μέσω του ηλεκτρικού του πεδίου, θεωρώντας τη μαγνητική του συνιστώσα ως κάτι δευτερεύον και σχεδόν ανύπαρκτο. Ωστόσο, μια πρωτοποριακή μελέτη από το Hebrew University of Jerusalem ενδέχεται να αλλάξει ριζικά αυτή την αντίληψη, αποδεικνύοντας ότι το φως δεν περιορίζεται απλώς στο να φωτίζει τα υλικά, αλλά μπορεί να επηρεάζει και μαγνητικά τον κόσμο γύρω του με τρόπους που μέχρι τώρα παρέμεναν άγνωστοι.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Scientific Reports του Nature, επισημαίνει ότι το μαγνητικό πεδίο του φωτός συμμετέχει ουσιαστικά στο φαινόμενο Faraday — το οποίο περιγράφει την περιστροφή της πόλωσης του φωτός όταν περνά μέσω ενός υλικού που είναι υπό την επίδραση ενός σταθερού μαγνητικού πεδίου. Μέχρι σήμερα, η ερμηνεία αυτού του φαινομένου επικεντρωνόταν αποκλειστικά στη συνεισφορά του ηλεκτρικού πεδίου, αγνοώντας την κρίσιμη σημασία της μαγνητικής συνιστώσας.
Αυτή η έρευνα αποτελεί καρπό της δουλειάς του Dr. Amir Capua και του Benjamin Assouline από το Institute of Electrical Engineering and Applied Physics. Οι ερευνητές μας προσφέρουν την πρώτη θεωρητική αποδειξιμότητα πως το ταλαντούμενο μαγνητικό πεδίο του φωτός ενεργά επηρεάζει το φαινόμενο Faraday. Όπως δηλώνουν, η αλληλεπίδραση μεταξύ φωτός και μαγνητισμού είναι πολύ πιο περίπλοκη από ό,τι πιστευόταν: το σταθερό μαγνητικό πεδίο περιστρέφει την πόλωση του φωτός, αλλά το ίδιο το φως αλληλεπιδρά με το υλικό που διασχίζει, προκαλώντας μαγνητικές αλλαγές.
Για πολλές δεκαετίες, η επιστημονική κοινότητα ανάφερε ότι το Faraday Effect οφείλεται αποκλειστικά στην αλληλεπίδραση του ηλεκτρικού πεδίου του φωτός με τα ηλεκτρικά φορτία των ατόμων. Οι μαγνητικές επιδράσεις θεωρούνταν θεωρητικά αναγνωρίσιμες, αλλά πρακτικά χωρίς σημασία. Η νέα αυτή μελέτη αποκαλύπτει ότι το μαγνητικό πεδίο του φωτός όντως αλληλεπιδρά με τα σπιν των ατόμων, επηρεάζοντας άμεσα την περιστροφή της πόλωσης — έναν παράγοντα που παρέμενε στο περιθώριο της έρευνας για 180 χρόνια.
Για να καταδείξουν τη σημαντικότητα του μαγνητικού πεδίου, οι επιστήμονες εφάρμοσαν προηγμένους υπολογισμούς βασισμένους στην εξίσωση Landau-Lifshitz-Gilbert, η οποία περιγράφει τη δυναμική των σπιν σε μαγνητικά υλικά. Έτσι, έδειξαν ότι το φως είναι ικανό να προκαλέσει μαγνητική ροπή μέσα σε ένα υλικό, παρόμοια με την επίδραση ενός σταθερού μαγνητικού πεδίου. Ο Dr. Capua προσθέτει ότι το φως δεν είναι απλά ένα ορατό φαινόμενο, αλλά ενσωματώνει και μαγνητική δραστηριότητα.
Η ερευνητική ομάδα σημείωσε την πραγματική επίδραση της μαγνητικής συνιστώσας στο υλικό Terbium Gallium Garnet (TGG), το οποίο χρησιμοποιείται εκτενώς μελετώντας το φαινόμενο Faraday. Τα αποτελέσματα της έρευνας αποδείχθηκαν εντυπωσιακά: το μαγνητικό πεδίο του φωτός ευθύνεται για περίπου 17% της περιστροφής πόλωσης στο ορατό φάσμα και φτάνει έως και το 70% στο υπέρυθρο. Αυτά τα ποσοστά δηλώνουν ότι η επίδραση του μαγνητικού πεδίου είναι όχι μόνο σημαντική, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις κυρίαρχη.
Σύμφωνα με τον Benjamin Assouline, αυτή η έρευνα αποδεικνύει ότι το φως “επικοινωνεί” με την ύλη μέσω όχι μόνο του ηλεκτρικού του πεδίου, αλλά και του μαγνητικού, τα οποία μέχρι σήμερα είχαν υποτιμηθεί. Αυτή η νέα οπτική για τη φύση του φωτός μπορεί να ανοίξει τη δρόμο για επανάσταση στην τεχνολογία. Πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν μεθόδους αποθήκευσης δεδομένων που χρησιμοποιούν οπτικά μέσα, τεχνολογίες spintronics, μαγνητικό έλεγχο μέσων φωτός και την ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών που βασίζονται στα σπιν.
Η ανακάλυψη αυτή έχει ιδιαίτερη σημασία για την οπτική τεχνολογία, καθώς η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο το φως μπορεί να επηρεάζει τα υλικά με μαγνητικό τρόπο ανοίγει τον δρόμο για την ανάπτυξη νέων συσκευών. Η δυνατότητα να ελέγχουν οι επιστήμονες τις μαγνητικές ιδιότητες μέσω του φωτός μπορεί να επιφέρει ταχύτερες και πιο αποδοτικές μεθόδους επεξεργασίας και αποθήκευσης δεδομένων.
Η ανακάλυψη αυτή ενδεχομένως να επηρεάσει βαθιά τη φυσική και την τεχνολογία την επόμενη δεκαετία. Φαίνεται πως η συζήτηση γύρω από το φως και τον μαγνητισμό κεντρικής σημασίας για την επιστήμη μπορεί, τελικά, να οδηγήσει σε καινοτόμες εφαρμογές και σχεδιασμούς της επόμενης γενιάς.
