Pesquisadores da Universidade Hebraica de Jerusalém descobriram que o componente magnético da luz desempenha um papel direto no efeito Faraday, derrubando uma visão de 180 anos de que apenas os campos elétricos envolviam a luz. O seu trabalho mostra que a luz pode ter um efeito magnético na matéria, em vez de apenas iluminá-la. Esta visão poderia apoiar avanços em óptica, spintrônica e tecnologias quânticas emergentes.
As descobertas da equipe foram publicadas na revista Nature relatório científicomostrando que a parte magnética da luz, e não apenas a parte elétrica, tem um impacto significativo e mensurável na forma como a luz interage com os materiais. Este resultado contradiz as explicações científicas que influenciaram a compreensão do efeito Faraday desde o século XIX.
Amir Capua e Benjamin Assouline do Instituto de Engenharia Elétrica e Física Aplicada da universidade, fornece a primeira evidência teórica de que o campo magnético oscilante da luz afeta diretamente o efeito Faraday. Este efeito descreve como a polarização da luz gira à medida que ela passa através de um material colocado em um campo magnético constante.
Como a luz e o magnetismo interagem
“Simplificando, é a interação entre a luz e o magnetismo”, disse o Dr. Capua. “O campo magnético estático ‘torce’ a luz, o que por sua vez revela as propriedades magnéticas do material. Descobrimos que a parte magnética da luz tem um efeito de primeira ordem que é surpreendentemente ativo no processo.”
Durante quase dois séculos, os cientistas atribuíram o efeito Faraday apenas à interação do campo elétrico da luz com as cargas da matéria. O novo estudo mostra que o campo magnético da luz também desempenha um papel direto ao interagir com os spins atômicos, uma contribuição há muito considerada insignificante.
Calcular a contribuição magnética
Usando cálculos avançados fornecidos pelas equações de Landau-Lifschitz-Gilbert (LLG), que descrevem o comportamento dos spins em materiais magnéticos, os pesquisadores demonstraram que o campo magnético da luz pode produzir torque magnético dentro do material de maneira semelhante aos campos magnéticos estáticos. “Em outras palavras, a luz não apenas ilumina o material, mas também exerce uma influência magnética sobre o material”, explica Capua.
Para medir a extensão deste efeito, a equipe aplicou seu modelo teórico à granada de térbio e gálio (TGG), um cristal comumente usado para estudar o efeito Faradaico. A sua análise mostrou que a componente magnética da luz é responsável por cerca de 17% das rotações observadas no espectro visível e 70% no espectro infravermelho.
Novas abordagens para a tecnologia do futuro
“Os nossos resultados mostram que a luz ‘conversa’ com a matéria não apenas através de campos elétricos, mas também através de campos magnéticos, um componente que tem sido negligenciado até agora”, diz Benjamin Assulin.
Os pesquisadores observam que essa compreensão modificada do comportamento optomagnético pode abrir as portas para inovações em armazenamento óptico de dados, spintrônica e controle magnético usando luz. Este trabalho também pode contribuir para o desenvolvimento futuro da computação quântica baseada em spin.
