In 1845 bewees de natuurkundige Michael Faraday voor het eerst dat elektromagnetisme en licht met elkaar verbonden zijn. Recentelijk is ontdekt dat deze verbinding zelfs sterker is dan Faraday zich ooit kon voorstellen.
Tijdens zijn experiment liet Faraday licht door een stuk glas schijnen dat was doordrenkt met boraciumzuur en loodoxide, en dat zich in een magnetisch veld bevond. Hij ontdekte dat dit het licht beïnvloedde: wanneer het uit het glas kwam, was de polarisatie ervan veranderd.
Licht is een elektromagnetische golf, en het is de afgelopen 180 jaar algemeen aanvaard dat dit “Faraday-effect” aantoont dat de gecombineerde interactie van het magnetische veld, de elektrische ladingen in het glas, en de elektrische component van het licht ervoor zorgt dat de lichtgolf draait – het beweegt in een andere richting dan voordat het het materiaal binnenging.
Verrassend genoeg is altijd aangenomen dat de magnetische component van licht geen rol speelt in het Faraday-effect. Amir Capua en Benjamin Assouline van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem hebben nu aangetoond dat dit niet altijd het geval hoeft te zijn.
“Er is een tweede onderdeel van licht waarvan we nu begrijpen dat het interactie heeft met materialen,” zegt Capua.
Capua legt uit dat er twee redenen zijn waarom onderzoekers het idee niet hebben onderzocht dat de magnetische component van licht een rol speelt in het Faraday-effect. Ten eerste lijken de magnetische krachten binnen materialen zoals Faradays glas relatief zwak in vergelijking met de elektrische krachten. Ten tweede, wanneer materialen zoals het glas van Faraday worden gemagnetiseerd – wat betekent dat de kwantumspins van hun bestanddelen interactie hebben met een magnetisch veld als kleine magneten – zijn deze spins meestal niet in sync met de magnetische component van de lichtgolven, wat suggereert dat ze niet sterk interageren.
Echter, Capua en Assouline realiseerden zich dat wanneer de magnetische component van licht circulair gepolariseerd is – in wezen spiraalvormig – deze veel intensiever kan interageren met de magnetische spins in het glas. Ze concluderen dat dit zelfs zonder enige speciale inspanning om het licht te manipuleren gebeurt, omdat de magnetische component altijd bestaat uit verschillende spiraalvormige golven.
De berekeningen van de twee onderzoekers toonden aan dat als Faradays experiment wordt herhaald met een magnetisch materiaal genaamd Terbium Gallium Garnet (TGG) in plaats van glas, deze magnetische interactie mogelijk zelfs 17 procent van het resulterende Faraday-effect kan verklaren wanneer zichtbaar licht door het materiaal gaat. Wanneer infrarood licht door het TGG-materiaal gaat, zou de magnetische interactie zelfs tot 70 procent van het resulterende Faraday-effect kunnen verklaren.
Igor Rozhansky van de Universiteit van Manchester, VK, stelt dat de nieuwe berekeningen overtuigend zijn en wijzen op plausibele experimentele tests in de toekomst. De tot nu toe verwaarloosde magnetische component van het Faraday-effect zou een nieuwe manier kunnen bieden voor onderzoekers om spins binnen materialen te manipuleren, zegt Rozhansky. Hij voegt eraan toe dat het een open vraag is of dit effect daadwerkelijk sterker zou kunnen zijn dan het traditionele Faraday-effect in sommige materialen.
Toekomstige experimenten zullen de nieuwe bevindingen van fundamentele natuurkunde toepassen, en Capua zegt dat hij zich al kan voorstellen hoe de ontdekking dat de magnetische spins in sommige materialen kunnen interageren met de magnetische component van licht kan worden gebruikt om deze te manipuleren. Dit zou uiteindelijk de weg kunnen banen voor nieuwe soorten spin-gebaseerde sensoren en harde schijven.
