Forskare har upptäckt en djupare koppling mellan ljus och magnetism än vad Michael Faraday visade 1845. Nya beräkningar visar att ljusets magnetiska komponent spelar en betydande roll i Faradayeffekten, vilket utmanar länge hållna antaganden. Denna upptäckt kan leda till framsteg inom spinbaserade teknologier.
År 1845 genomförde fysikern Michael Faraday ett experiment som gav det första direkta beviset som kopplade elektromagnetism och ljus. Han lyste ljus genom en bit glas blandat med borsyra och blyoxid, nedsänkt i ett magnetfält. Ljuset kom ut med sin polarisering omdirigerad, vilket demonstrerade vad som nu kallas Faradayeffekten.
I 180 år har forskare förstått denna effekt som ett resultat av interaktionen mellan magnetfältet, elektriska laddningar i materialet och ljusets elektriska komponent – en elektromagnetisk våg. Ljusets magnetiska komponent antogs inte spela någon effektiv roll. Men Amir Capua och Benjamin Assouline vid Hebrew University of Jerusalem i Israel har visat att så inte alltid är fallet.
“Det finns en andra del av ljuset som vi nu förstår interagerar med material”, säger Capua. Tidigare har forskare översett detta på grund av den relativa svagheten hos magnetiska krafter i material som Faradays glas jämfört med elektriska krafter, och eftersom kvantspinnen i magnetiserade material vanligtvis är osynkroniserade med ljusets magnetiska komponent.
Capua och Assouline insåg att när ljusets magnetiska komponent är cirkulärt polariserad – virvlande eller korkskruvsformad – interagerar den intensivt med materialets magnetiska spin. De noterade att ljusets magnetiska komponent naturligt består av flera sådana korkskruvsformade vågor.
Deras beräkningar indikerar att en upprepning av Faradays experiment med Terbium Gallium Granat (TGG) istället för glas skulle visa att den magnetiska interaktionen står för 17 procent av Faradayeffekten med synligt ljus, och upp till 70 procent med infrarött ljus.
Igor Rozhansky vid University of Manchester, Storbritannien, beskriver beräkningarna som övertygande och föreslår att de kan möjliggöra nya sätt att manipulera spin i material. Capua ser applikationer i spinbaserade sensorer och hårddiskar. Resultaten publicerades i Scientific Reports (DOI: 10.1038/s41598-025-24492-9).