Jak to bylo — a co se změnilo

Více než 180 let byl známý jev zvaný Faraday Effect. Když světlo prochází magnetickým polem, jeho polarizace se otáčí — a celá podstata této rotace byla přičítána výhradně elektrické složce světla, tedy interakci elektrického pole světla s částicemi v materiálu. 

Jenže nejnovější experimenty dokazují, že to není celá pravda. Tým vedený Dr. Amirem Capuou a Benjaminem Assoulinem ukázal, že magnetické pole světla samo o sobě — tedy oscilující magnetická složka elektromagnetické vlny — má výrazný a nemalý podíl na rotaci polarizace. V některých vlnových délkách (zejména v infračerveném spektru) může magnetická složka způsobit až 70 % otáčení. Ve viditelném spektru je to podle studií kolem 17 %. 

Podle autorů studie jde o “prvotní účinek” — tedy magnetické světlo nejde ignorovat, není “vedlejším detailem”, ale plnohodnotným hráčem při interakci s hmotou. To znamená, že staré modely, které stavěly hlavně na elektrickém poli, je teď potřeba přepsat. 

Proč je to tak důležité

Věda o světle je základ pro obrovské množství technologií — lasery, optická komunikace, fotonika, magneto-optické záznamy, majáky výzkumu kvantových počítačů i spintroniku. Pokud jsme měli špatný nebo neúplný popis, mohly vznikat limity, které jsme považovali za dané.

Nový objev otevírá dveře k:

• lépe navrženým optickým materiálům, které využijí magnetické složky světla k silnějším interakcím,

• spintronickým a magneto-optickým zařízením, kde by světlo mohlo ovládat magnetické stavy výrazně efektivněji,

• nové generaci technologií — například uchovávání nebo zpracování dat pomocí světla; možná i kvantové počítače se světlem a magnetismem.

Autoři dokonce naznačují, že tímto způsobem by se dalo „točit“ spinem či magnetickým momentem objektů pomocí světla — což by znamenalo revoluci v manipulaci s hmotou na nano a kvantové úrovni. 

Jak to vědci dokázali

Práce využila teoretický model postavený na rovnici Landau–Lifshitz–Gilbert equation, která popisuje chování spinů v materiálech. Vedla simulace pro krystal známý jako TGG (terbium-gallium-granát), často používaný při testech Faradayova jevu. Poté model aplikovali i pro reálné parametry a zjistili, že magnetické pole světla vyvolává magnetický moment uvnitř materiálu — a tím i rotaci světla.

Číselně: v infračerveném světle až 70 % rotace polarizace lze připsat magnetické komponentě. To je dramatické číslo, které mění paradigmatu.

Co teď — výzvy, experimenty, ověřování

Samozřejmě — věda je proces, ne jednorázová senzace. Tento objev musí projít nezávislým ověřením. Potřebujeme:

• další experimenty s různými materiály a v různých spektrálních pásmech,

• ověřit, zda efekt působí i v reálných podmínkách (nikoli jen teoretických modelech),

• zjistit, zda lze magnetické ovládání světla využít prakticky — v technologii, nikoli jen v laboratoři.

Navíc ten objev vyvolává zásadní otázky o tom, co víme o světle: pokud magnetické světlo může mít tak silný efekt, co všechno dosud přehlíželo moderní optika nebo elektromagnetismem inspirovaná technologie?

Objev zveřejnil tým z Hebrew University v prestižním časopise Scientific Reports

Pokud se efekt potvrdí a ukáže životaschopnost, může to znamenat revoluci. Představte si data uložená pomocí světla, které magneticky ovládáte; nebo komunikační linky, které využívají magneto-optický spin kontroly; nebo lékařské lasery, které mění stav tkání více precizně, protože světlo interaguje silněji než jsme si mysleli.

Navíc nám to dává lekci pokory: i základní zákony, o kterých jsme si mysleli, že jsou „dané“, mohou jednou skončit na pranýři nových dat. Fyzika — a věda obecně — je proces neustálého učení, oprav a překvapení.

Když vědci oznámili, že magnetická složka světla má významnou roli při interakci s hmotou, dali tím jasně najevo: světlo, jak jsme si mysleli, neznáme do detailu. 180 let stará domněnka se ukázala jako omezená.

Za tímto objevem stojí solidní teorie, matematické modely i experimentální výsledky — a důsledky pro fyziku, technologii i budoucnost světelných zařízení mohou být hluboké. A to je přesně to, co činí vědu tak vzrušující: nejde o to potvrdit staré, ale objevit nové.