Verili sme mu 180 rokov. Vedci navždy vyvrátili mýtus o kritickej vlastnosti svetla

Vedci nedávno potvrdili jav, ktorý mení to, čo sme si o svetle mysleli už takmer dve storočia. Ukázalo sa, že elektromagnetická vlna počas prechodu materiálom nereaguje iba svojou elektrickou zložkou. Do hry vstupuje aj jej vlastná magnetická časť, ktorá sa aktívne podieľa na zmene polarizácie. Oslabuje sa tak predstava stará stoosemdesiat rokov, podľa ktorej je Faradayov jav výlučným výsledkom interakcie medzi elektrickým poľom svetla a vonkajším magnetickým poľom, píše Science Alert.

Potrebovali špeciálny materiál

Faradayov efekt patrí medzi klasické prejavy prepojenia magnetizmu a svetla. Vzniká vtedy, keď lúč prechádza priehľadným materiálom, ktorý sa nachádza v magnetickom poli. Polarizácia svetla sa pritom pootočí, čo od devätnásteho storočia považujeme za dôsledok pôsobenia statického magnetického poľa na elektrickú zložku elektromagnetickej vlny. Svetlo môže byť nepolarizované, keď jeho oscilácie kmitajú v rôznych smeroch kolmo na smer šírenia alebo polarizované, keď sú tieto oscilácie zoradené do jedného preferovaného smeru.

Tím z Hebrejskej univerzity v Jeruzaleme ešte minulý rok ukázal, že svetlo dokáže v materiáli vyvolať magnetický moment. Išlo o opačný jav voči tradičnému Faradayovmu efektu a už vtedy sa ukázalo, že magnetická zložka svetla nie je úplne zanedbateľná. V najnovšej práci sa vedci pokúsili zistiť, či sa jej účinok prejavuje aj vo Faradayovom efekte samotnom. Spojili experimentálne výsledky s modelovaním, ktoré vychádzalo z rovníc Landaua Lifshitza Gilberta používaných na opis dynamiky magnetizácie v tuhých látkach.

Na výpočty využili fyzikálne modely kryštálu terbium-gálium-granátu. Tento materiál je magnetizovateľný a bežne sa používa vo vláknovej optike a telekomunikáciách. Ich analýza naznačuje, že magnetická zložka svetla tvorí približne sedemnásť percent Faradayovho efektu vo viditeľnej oblasti a približne sedemdesiat percent v infračervenom spektre. Ide o prekvapivo výrazný príspevok, ktorý tradičné učebnice vôbec neberú do úvahy.

NASA's Goddard Space Flight Center/CI Lab

Interaguje so spinom elektrónov

Z výsledkov vyplýva, že Faradayov efekt nevzniká len pôsobením elektrického poľa svetla. Priamo do neho vstupuje aj magnetická časť elektromagnetickej vlny. Fyzik Amir Capua vysvetľuje jednoduchým jazykom, že svetlo materiál nielen osvetľuje, ale ho aj magneticky ovplyvňuje. Statické magnetické pole skrúti polarizáciu svetla a samotné svetlo odhalí magnetické vlastnosti materiálu.

Podstatou objavu je interakcia magnetickej zložky svetla so spinom elektrónov. Každý elektrón má náboj aj spin a práve spin reaguje na oscilujúce magnetické pole svetla. To musí byť navyše cirkulárne polarizované, aby dokázalo účinne pôsobiť na rotujúci spin, podobne ako sa otáčajúci detský vĺčik dá vychýliť len silou, ktorá má tiež rotačný charakter. Elektrická zložka svetla pôsobí na náboj lineárnou silou, zatiaľ čo rotujúce magnetické pole vytvára moment pôsobiaci na spin.

Objav otvára cestu k presnejšiemu ovládaniu interakcie medzi svetlom a hmotou. Môže to mať význam v pamäťových technológiách a najmä v kvantovej informatike, kde manipulácia so spinmi predstavuje základ kvantových bitov. Oblasť spintroniky, ktorá využíva spin namiesto náboja, by vďaka takému pôsobeniu svetla získala úplne nové možnosti. Podľa výskumníkov je reálne, že magnetické informácie v materiáloch bude možné riadiť priamo svetlom.

Čítajte viac z kategórie: Novinky