Thành phần từ tính của ánh sáng diễn giải lại hiệu ứng Faraday

Nghiên cứu về sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất đã bổ sung thêm một phần bất ngờ: từ trường của ánh sáng Nó cũng góp phần tạo nên hiệu ứng Faraday.không chỉ thành phần điện của nó, theo một nghiên cứu được ký bởi một nhóm từ Đại học Hebrew ở Jerusalem.

Kết quả, Xuất bản ngày 20 tháng 11 năm 2025 trong tạp chí Báo cáo khoa họcHọ ủng hộ điều này bằng một mô hình lý thuyết Ánh sáng có thể tạo ra mô-men xoắn từ tính trong vật liệuđịnh lượng vai trò của nó bằng những con số có ý nghĩa: khoảng 17% vòng quay trong phạm vi có thể nhìn thấy y lên đến 70% trong hồng ngoại.

Những thay đổi nào trong quan điểm của chúng ta về hiệu ứng Faraday?

Trong khi gần hai thế kỷ Người ta cho rằng sự quay của mặt phẳng phân cực khi đi qua môi trường từ hóa xuất phát từThiết yếu, từ sự tương tác giữa trường điện của ánh sáng và điện tích của vật liệu.

El Nghiên cứu mới cho rằng phần từ của trường điện từ không thụ động: gây ra một mô-men xoắn từ bên trong ở giữa, tương tự như một từ trường bên ngoài không đổi, và tác dụng của nó không còn tồn tại trong những điều kiện quang phổ nhất định.

Phương pháp luận và mô hình lý thuyết

Nhóm, do Amir Capua và Benjamin Assouline dẫn đầu, sử dụng Phương trình Landau-Lifshitz-Gilbert để mô tả động lực học của các spin electron trong vật liệu từ tính chịu tác động của từ trường ánh sáng.

Công thức cho thấy cách Thành phần từ dao động kết hợp với các vòng quay và tạo ra mô-men xoắn có thể đo đượcTrong quá trình xác nhận của mình, các tác giả đã chọn một tinh thể tham chiếu trong quang học từ: gali-terbi garnet (TGG), được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu và hiệu chỉnh hiệu ứng Faraday.

Kết quả định lượng trong TGG

Áp dụng mô hình vào TGG, sự đóng góp từ tính của ánh sáng giải thích về một 17% của vòng quay phân cực trong quang phổ khả kiến ​​và có thể tăng lên tới 70% trong quang phổ hồng ngoại, cường độ này buộc phải xem xét lại các cách giải thích thông thường.

Trọng lượng tương đối của mỗi đóng góp phụ thuộc vào bước sóng và các tính chất quang học và từ tính của vật liệu, gợi ý phạm vi thiết kế để tối ưu hóa thiết bị quang từ trong các ban nhạc khác nhau.

Ý nghĩa đối với công nghệ quang học, spintronics và lượng tử ở Châu Âu

Trong quang học ứng dụng, một sự kiểm soát có chủ đích của từ tính cảm ứng ánh sáng Nó sẽ cho phép điều chỉnh các bộ cách ly quang học, bộ điều biến Faraday và cảm biến trường bằng các chiến lược mới dựa trên kỹ thuật quang phổ.

Trong spintronics, khai thác thành phần từ tính của chùm tia để điều khiển xử lý thông tin spin Nó có thể tạo ra những bộ nhớ hiệu quả hơn và các chương trình chuyển mạch cực nhanh mà không cần tiếp xúc điện.

Đối với công nghệ lượng tử, sự kết hợp giữa ánh sáng và từ tính chỉ ra các con đường để thao tác qubit dựa trên spin, với sự quan tâm đến các hệ sinh thái châu Âu tập trung vào quang tử tích hợp và kiểm soát thống nhất các trạng thái từ tính.

Những gì còn phải được xác minh

Mặc dù bằng chứng được trình bày là lý thuyết, công trình này phác thảo một kế hoạch thử nghiệm hợp lý: phép đo quang từ có độ nhạy cao, hiệu chuẩn phổ nghiêm ngặt và việc sử dụng nguồn sáng có độ ổn định cao để tách biệt rõ ràng sự đóng góp của từ trường khỏi sự đóng góp của điện trường.

Cơ sở hạ tầng quang tử châu Âu và các phòng thí nghiệm đại học có thể giải quyết vấn đề này xác thực thử nghiệmmở rộng phân tích sang các vật liệu quang từ khác, bao gồm ống dẫn sóng tích hợp và bộ cộng hưởng.

Những câu hỏi chính của nghiên cứu

Ai ký tác phẩm? Một nhóm từ Đại học Do Thái Jerusalem, với Amir Capua và Benjamin Assouline chỉ đạo.

Nó được xuất bản ở đâu? Trong tạp chí truy cập mở Báo cáo khoa học, tạo điều kiện cho đánh giá và tái tạo bởi các nhóm khác.

Vật liệu nào đã được phân tích? Tinh thể TGG, một tài liệu tham khảo trong các nghiên cứu về hiệu ứng Faraday do phản ứng quang từ cao.

Tại sao điều đó lại quan trọng? Bởi vì nó cho thấy rằng ánh sáng, ngoài tác động điện của nó, còn có ảnh hưởng từ tính trực tiếp và có thể định lượng được về chủ đề này, có tác động đến thiết kế thiết bị.

Đề xuất này bổ sung thêm một lớp chính xác cho sự hiểu biết về Hiệu ứng FaradayNó tích hợp vai trò của từ trường ánh sáng với các con số và khuôn khổ lý thuyết vững chắc, đồng thời mở ra một cách thực tế để khai thác sự đóng góp này trong các ứng dụng lượng tử và quang tử, đặc biệt quan trọng đối với ngành nghiên cứu và công nghiệp châu Âu.