Zinātnieki ir noskaidrojuši, ka gaismas uzvedība vielā ir daudz sarežģītāka, nekā gandrīz divus gadsimtus tika uzskatīts. Izrādās, būtiska nozīme ir ne vien gaismas elektriskajai, bet arī tās magnētiskajai sastāvdaļai. Šis atklājums liek precizēt līdzšinējo izpratni par gaismas un magnētisma savstarpējo iedarbību.
Faradeja efekts: gaismas polarizācijas pagriešana
Faradeja efektu aprakstīja jau 1845. gadā, kad Maikls Faradejs pierādīja, ka magnētiskais lauks var mainīt gaismas polarizāciju. Ilgu laiku tika uzskatīts, ka šī nobīde rodas tikai gaismas elektriskā lauka dēļ. Jaunie rezultāti rāda, ka šāds skaidrojums bijis pārāk vienkāršots.
Pētījumi atklāj, ka pašas gaismas magnētiskais lauks arī piedalās polarizācijas pagriešanā. Citiem vārdiem sakot, gaisma ne tikai reaģē uz ārējo magnētisko lauku, bet aktīvi to izraisa arī pati. Tas būtiski paplašina izpratni par elektromagnētisko viļņu uzvedību dažādos materiālos.
Jums varētu patikt šie:
Kas ir Faradeja efekts?
Faradeja efekts parādās, kad caurspīdīgs materiāls laiž cauri gaismu, kura izplatās ārēja magnētiskā lauka ietekmē. Šādos apstākļos gaismas polarizācijas plakne pagriežas par noteiktu leņķi. Jo spēcīgāks ir magnētiskais lauks un jo garāks ir gaismas ceļš materiālā, jo lielāka ir polarizācijas nobīde.
Gaisma var būt nepolarizēta vai polarizēta. Nepolarizētā gaismā elektromagnētiskie lauki svārstās visdažādākajos virzienos, kas ir perpendikulāri gaismas izplatīšanās virzienam. Polarizētā gaismā šīs svārstības ir sakārtotas vienā noteiktā virzienā – gluži kā rūpīgi izlīdzinātas auduma šķiedras.
Līdz šim tika pieņemts, ka magnētiskais lauks ietekmē gaismu galvenokārt caur tās elektrisko lauku. Šis modelis daudzus novērojumus skaidroja pietiekami labi un kļuva par klasiskās pieejas pamatu. Taču tajā gandrīz netika ņemta vērā gaismas magnētiskā komponenta ietekme.
Jauns skatījums un aprēķinu modeļi
Pērn Jeruzalemes Ebreju universitātes zinātnieku grupa eksperimentāli novēroja gaismas magnētiskās komponentes ietekmi apgrieztā efektā: polarizēta gaisma izraisīja materiālā magnētisko momentu. Tas pamudināja pētniekus jautāt, vai līdzīgs mehānisms nevarētu darboties arī Faradeja efekta gadījumā.
Jaunākajā darbā apvienoti eksperimenti ar aprēķiniem, kas balstīti uz Landau–Lifšica–Gilberta vienādojumu. Tas raksturo magnētisma dinamiku cietās vielās un ļauj novērtēt ļoti smalkas saiknes starp magnētiskajiem un elektriskajiem laukiem. Modelēšanai tika izvēlēts terbija–gallija granāts, ko plaši izmanto optikā un telekomunikācijās.
Jums varētu patikt šie:
Rezultāti parādīja, ka redzamās gaismas gadījumā magnētiskā sastāvdaļa nodrošina aptuveni 17% no Faradeja efekta. Infrasarkanajā diapazonā tās ieguldījums pieaug līdz aptuveni 70%. Tas nozīmē, ka gaismas magnētiskais lauks nav tikai blakus parādība, bet gan nozīmīgs un neizbēgams faktors.
Kāpēc šis atklājums ir nozīmīgs?
Fiziķis Amirs Kapua uzsver, ka gaisma iedarbojas uz materiālu magnētiski, bet materiāls savukārt atklāj savas magnētiskās īpašības tieši ar gaismas polarizācijas nobīdes starpniecību. Pētnieku skaidrojumā magnētiskais lauks mijiedarbojas ar elektronu ne tik daudz kā ar elektrisko lādiņu, bet gan ar tā spinu. Lai spins mainītu savu orientāciju, nepieciešams savveida rotējošs, riņķveidīgi polarizēts magnētiskais lauks.
Šāda izpratne ļauj precīzāk vadīt gaismas un vielas mijiedarbību. Tas var veicināt:
- jutīgāku magnētisko un optisko sensoru izstrādi,
- jaunas paaudzes atmiņas ierīču radīšanu,
- efektīvāku skaitļošanas sistēmu izveidi, kur būtiska loma ir elektrona spina īpašībām.
Īpaši nozīmīgi tas ir spintronikas jomā, kur informācijas glabāšanai un apstrādei izmanto ne tikai elektrisko lādiņu, bet arī elektrona spinu. Atjaunotā Faradeja efekta interpretācija sniedz jaunu rīku spina vadībai ar gaismas palīdzību.
Zinātne: seni fenomeni jaunā gaismā
Šis atklājums atgādina, ka pat labi pazīstamos fizikas procesos var slēpties agrāk nepamanītas nianses. Zinātne virzās uz priekšu ne tikai, radot jaunas teorijas, bet arī kritiski pārskatot esošās zināšanas.
Faradeja efekts nav zudis un nav izrādījies kļūdains – drīzāk kļuvis skaidrs, ka aiz tā slēpjas bagātīgāka un daudzslāņaināka aina, nekā līdz šim domāts. Tagad, kad gaismas magnētiskā puse ir ieguvusi pienācīgu uzmanību, paveras ceļš precīzākiem modeļiem un jaunām pielietojuma iespējām optikā, magnētismā un kvanttehnoloģijās.
