دانشمندان با کشف تازهای در زمینه اثر فارادی، برهمکنش بین مؤلفههای الکترومغناطیسی نور را بازنویسی کردند؛ پدیدهای که ۱۸۰ سال پیش توسط مایکل فارادی شناسایی شد و رابطه نور و مغناطیس را متحول کرد.
به گزارش همشهری آنلاین، پژوهشگران اخیراً تعامل جدیدی میان موجهای الکترومغناطیسی و مؤلفه مغناطیسی آنها را در زمان عبور از یک ماده شفاف شناسایی کردهاند. این کشف، دیدگاه قدیمی ۱۸۰ ساله که تنها به ارتباط نور با میدان الکتریکی آن تمرکز داشت را بهروزرسانی کرده است.
اثر فارادی و تأثیر میدان مغناطیسی بر نور
پدیدهای با نام «اثر فارادی» (Faraday Effect) در سال ۱۸۴۵ توسط مایکل فارادی مطرح شد و از نخستین شواهد برهمکنش میان نور و مغناطیس به شمار میرفت. این پدیده نشان میدهد که چگونه یک پرتو نور در حین عبور از ماده شفاف، در حضور یک میدان مغناطیسی تغییر میکند و به طور خاص، قطبش آن را دگرگون میسازد.
به زبان ساده، نور میتواند غیرقطبیده یا قطبیده باشد. در حالت غیرقطبیده، نوسانات الکترومغناطیسی در مسیرهای مختلف رخ میدهند، اما در حالت قطبیده، تمام این نوسانات بهصورت منظم در یک مسیر واحد مرتب میشوند. بهطور ملموس، میتوان آن را به صاف کردن پرزهای یک ژاکت چیندار تشبیه کرد.
نگاهی به دستاورد جدید پژوهشگران
پیشتر باور بر این بود که اثر فارادی صرفاً نتیجه تعامل میدان الکتریکی موج الکترومغناطیسی با میدان مغناطیسی بود. اما سال گذشته پژوهشگران دانشگاه عبری اورشلیم شواهدی از یک تأثیر غیرمنتظره و دقیقتر منتشر کردند. آنها نشان دادند که قطبش نور میتواند گشتاور مغناطیسی را در ماده ایجاد کند.
در پژوهش جدید، این تیم علمی از دادههای تجربی خود همراه با محاسبات معادله «لاندائو-لیفشیتز-گیلبرت» (Landau–Lifshitz–Gilbert) استفاده کردند تا بررسی کنند آیا تعامل مشابهی در «اثر فارادی» مشاهده میشود یا خیر. آنها با بهرهگیری از مدلهای فیزیکی تربیوم-گالیوم-گارنت، بلوری با خاصیت مغناطیسی، به نتایج قابلتوجهی دست یافتند. این ماده در فناوریهایی نظیر فیبرهای نوری کاربرد بسیاری دارد.
نتایج حیرتانگیز محاسبات
محاسبات نشان داد که میدان مغناطیسی نور ۱۷ درصد از تأثیر را در طول موجهای مرئی، و ۷۰ درصد را در طول موجهای فروسرخ تشکیل میدهد. این رقم بر خلاف باور پیشین، اصلاً ناچیز نیست. بنابراین مشخص شد که میدان مغناطیسی نور، مستقیماً بر ماده اثر میگذارد و تنها میدان الکتریکی نور مسئول این تغییرات نیست.
امیر کاپوا، یکی از فیزیکدانان این پروژه، توضیح داد: «نور فقط وظیفه روشن کردن ماده را ندارد، بلکه به صورت مغناطیسی هم بر آن اثر میگذارد. میدان مغناطیسی، خواص مغناطیسی ماده را آشکار میسازد، در حالی که نور از این فرآیند تأثیر میپذیرد.»
کاربردهای پیشرفته این کشف
این کشف، راهی جدید برای تعامل میان نور و ماده ایجاد میکند. برخلاف برهمکنش با بار الکترون، این بار میدان مغناطیسی با اسپین الکترون درگیر میشود. هر الکترون در ماده، علاوه بر بار، دارای یک اسپین نیز میباشد.
کاپوا در ادامه توضیح داد: «میتوان اسپین الکترون را به یک بار کوچک تشبیه کرد که به شکل یک فرفره در حال چرخش است. برای تأثیرگذاری بر محور چرخش این اسپین، میدان مغناطیسی باید قطبیت دایرهای داشته باشد.»
این یافته سرانجام میتواند در حوزههایی مانند سنسورها، حافظههای دیجیتالی و حتی محاسبات کوانتومی تأثیر شگرفی بگذارد. به طور خاص، اسپینترونیک از این کشف بهرهمند میشود. اسپینترونیک از طریق اسپین، اطلاعات را ذخیره و پردازش میکند.
بنجامین آسولین، مهندس برق، گفت: «این کشف نشاندهنده توانایی ما در کنترل مستقیم اطلاعات مغناطیسی با استفاده از نور است.»
نتیجهگیری
این پژوهش نه تنها یکی از اصول بنیادی علم را بازتعریف میکند، بلکه به دانشمندان نشان میدهد که همچنان نکات جدیدی برای کشف در مدلهای تثبیتشده وجود دارد. این مطالعه در مجله Scientific Reports منتشر شده است.