In 1845 toonde Michael Faraday aan dat licht en magnetisme nauw met elkaar verbonden zijn. Door een lichtstraal door een glazen plaat in een magnetisch veld te sturen, ontdekte hij dat de polarizatie ervan draaide. Dit fenomeen staat bekend als het Faraday-effect. Gedurende 180 jaar geloofden wetenschappers dat de elektrische component van licht verantwoordelijk was voor deze waarneming. Echter, recent onderzoek van natuurkundigen aan de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem wijst uit dat dit niet helemaal klopt. In een studie gepubliceerd in het tijdschrift Scientific Reports wordt beweerd dat de magnetische component van licht een directe bijdrage levert aan het Faraday-effect.
Licht doet niet alleen het materiaal oplichten, maar oefent ook een magnetisch effect uit op het materiaal. De onderzoekers hebben met behulp van theoretische modellering aangetoond dat het oscilleren van het magnetische veld van licht de spin van elektronen in het materiaal aantast, wat leidt tot meetbare veranderingen. Dit gebeurt op een manier waarbij het licht zelf draait wanneer het door het materiaal gaat.
De Onbekende Magnetische Component van Licht
Licht is een elektromagnetische golf, een mengsel van oscillatie elektrische en magnetische velden. Lange tijd hebben fysici zich gefocust op de elektrische kant van licht, dat geladen deeltjes stimuleert en verantwoordelijk is voor de meeste optische fenomenen. Het leek erop dat de magnetische component van licht geen rol speelde in het Faraday-effect, maar deze nieuwe ontdekkingen tonen aan dat de magnetische component van licht ook interageert met materialen. Tot nu toe negeerden onderzoekers deze magnetische component omdat magnetische krachten in de meeste materialen zwakker zijn dan elektrische krachten, en omdat spins vaak niet synchroon lopen met de oscillatie van licht.
Nieuwe Inzichten in de Verdet-Constante
Tijdens het onderzoek ontdekten de wetenschappers ook nieuwe inzichten over de Verdet-constante, een waarde die beschrijft hoe sterk een materiaal de polarizatie van licht in een magnetisch veld draait. Traditioneel werd deze constante gelinkt aan de interactie van de elektrische component van licht met bewegende ladingen. Echter, de onderzoeksresultaten laten zien dat het Landau–Lifshitz–Gilbert-model aangeeft dat er een deel is van de constante dat uitsluitend de magnetische component benut.
Implicaties voor Toekomstige Technologieën
Daarnaast toonde hun analyse aan dat het Faraday-effect en het inverse Faraday-effect (de tijd omgekeerde tegenhanger) geen perfecte spiegelbeelden van elkaar zijn. In de inverse versie magnetiseren intense lichtpulsen materialen zonder externe magnetische velden, waarbij alleen het licht de spin verandert. Dit zou een verklaring kunnen bieden voor de mysteries rondom ultr snelle magnetisme, wat belangrijk is voor de nieuwe generatie computertechnologie en gegevensopslag.
Deze ontdekking dat licht magnetische effecten op materialen uitoefent, opent nieuwe mogelijkheden in spintronica, optische gegevensopslag en zelfs kwantumcomputertechnologie, waar de controle van spin-toestanden van cruciaal belang is. Tot nu toe blijft dit echter een theoretische doorbraak zonder direct bewijs; geen enkele laboratoriumexperiment heeft deze verschijnselen tot nu toe waargenomen. Onderzoekers zijn nu van plan experimenten uit te voeren om het magnetische koppelingsmoment van licht te scheiden van de dominante elektrische effecten. Mocht de theorie bevestigd worden, dan zou dit een herziening van de huidige leerboeken vereisen, wat de optische wetten die sinds de jaren 1840 onveranderd zijn gebleven, zou kunnen herschrijven.
