Međunarodni tim fizičara revidirao je jednu od temeljnih ideja o prirodi svjetlosti koja je opstala gotovo 180 godina. Novo, revolucionarno istraživanje pokazalo je nešto što se do sada smatralo nemogućim: u materijalima svjetlost ne djeluje samo putem svog električnog polja, kako se vjerovalo još od vremena Michaela Faradaya, već i putem vlastite magnetske komponente – a taj utjecaj pokazao se mnogo snažnijim nego što se ikada predviđalo.
Povijesni kontekst i Faradayev efekt
Faradayev efekt, koji je otkriven davne 1845. godine, opisuje fizikalni fenomen u kojem vanjsko magnetsko polje mijenja polarizaciju svjetlosne zrake dok ona prolazi kroz prozirni materijal. Tradicionalno, fizičari su ovaj proces povezivali isključivo s djelovanjem električnog dijela elektromagnetskog vala, zanemarujući drugu stranu medalje.
Gotovo dva stoljeća vladalo je uvjerenje da je magnetski utjecaj same svjetlosti u ovom procesu zanemariv. No, znanost neprestano napreduje, a nove metode mjerenja otkrivaju tajne koje su bile skrivene pred očima najvećih umova prošlosti.
Novo otkriće i matematički dokazi
Sve se promijenilo prošlogodišnjim eksperimentom izraelskih fizičara, koji je prvi put zabilježio jasne naznake sudjelovanja same magnetske komponente svjetlosti u interakciji s materijom. U novom radu, znanstvenici su te eksperimentalne podatke kombinirali s preciznim izračunima temeljenim na Landau-Lifshitz-Gilbertovoj jednadžbi, koja detaljno opisuje dinamiku magnetizma krutih tijela.
Za potrebe ovog složenog modeliranja korišten je terbij-galijev granat – specifičan kristal koji se danas široko primjenjuje u modernim telekomunikacijskim sustavima zbog svojih jedinstvenih optičkih svojstava.
Iznenađujući rezultati proračuna
Rezultati do kojih su došli znanstvenici bili su zapanjujući i u potpunosti mijenjaju naše razumijevanje interakcije svjetlosti i materije. Obчисления su nedvojbeno potvrdila da magnetsko polje svjetlosti nije samo pasivni promatrač:
- U vidljivom spektru valova, magnetska komponenta formira približno 17% Faradayevog efekta.
- U infracrvenom spektru, taj udio dramatično raste i doseže čak do 70%.
Ove brojke izravno stavljaju pod sumnju i praktički ruše davnu hipotezu o neznatnosti magnetske komponente svjetlosti u optičkim fenomenima.
Mehanizam djelovanja: Električna sila protiv magnetskog momenta
Fizičar Amir Capua, jedan od vodećih autora studije, nudi zanimljivo objašnjenje ovog fenomena. On ističe da svjetlost ne stupa u interakciju s tvari samo putem električnog naboja, već izravno utječe na spin elektrona.
Da bi se ovaj utjecaj manifestirao, magnetsko polje svjetlosti mora biti „rotirajuće”, odnosno mora imati kružnu polarizaciju. Takav specifičan mehanizam stvara svojevrsnu „zrcalnu” sliku sila:
- Električno polje djeluje silom na naboj.
- Magnetsko polje djeluje zakretnim momentom na spin.
Tehnološke posljedice i budućnost spintronike
Ovo fundamentalno otkriće nije samo teorijska zanimljivost; ono bi moglo imati dalekosežne tehnološke posljedice u različitim industrijama. Razumijevanje da svjetlost magnetski djeluje na materiju otvara vrata za:
- Puno preciznije upravljanje naprednim optičkim sustavima.
- Ubrzani razvoj kvantnih tehnologija.
- Nove proboje u spintronici, grani elektronike gdje se informacije prenose i obrađuju pomoću spinskih stanja elektrona, a ne samo naboja.
Istraživači s optimizmom pretpostavljaju da će u bliskoj budućnosti biti moguće izravno upravljati magnetskim stanjima materijala koristeći samo svjetlost, što bi moglo dovesti do ultrabrzih memorijskih uređaja. Rezultati ovog istraživanja, objavljeni u prestižnom časopisu Scientific Reports, još su jedan dokaz da čak i klasični fizikalni modeli, koje smo uzimali zdravo za gotovo, mogu skrivati potpuno nova i neočekivana svojstva prirode.
