A luz esconde um segredo magnético há quase 200 anos

As descobertas da equipe, publicadas na Nature’s Relatórios Científicosmostram que a porção magnética da luz, e não apenas a elétrica, tem uma influência significativa e mensurável em como a luz interage com os materiais. Este resultado contradiz uma explicação científica que moldou a compreensão do Efeito Faraday desde o século XIX.

Amir Capua e Benjamin Assouline do Instituto de Engenharia Elétrica e Física Aplicada da universidade, oferece a primeira evidência teórica de que o campo magnético oscilante da luz contribui diretamente para o Efeito Faraday. Este efeito descreve como a polarização da luz gira à medida que ela viaja através de um material colocado em um campo magnético constante.

Como a luz e o magnetismo interagem

“Em termos simples, é uma interação entre a luz e o magnetismo”, diz o Dr. Capua. “O campo magnético estático ‘torce’ a luz, e a luz, por sua vez, revela as propriedades magnéticas do material. O que descobrimos é que a parte magnética da luz tem um efeito de primeira ordem, é surpreendentemente ativa neste processo.”

Por quase dois séculos, os cientistas atribuíram o Efeito Faraday apenas ao campo elétrico da luz interagindo com as cargas elétricas 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.

Calculando a contribuição magnética

Usando cálculos avançados informados pela equação Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG), que descreve como os spins se comportam em materiais magnéticos, os pesquisadores demonstraram que o campo magnético da luz pode gerar torque magnético dentro de um material de maneira semelhante a um campo magnético estático. Capua explica: “Em outras palavras, a luz não apenas ilumina a matéria, ela a influencia magneticamente”.

Para medir a extensão dessa influência, a equipe aplicou seu modelo teórico à Granada de Térbio e Gálio (TGG), um cristal comumente usado para estudar o Efeito Faraday. A sua análise revelou que a componente magnética da luz é responsável por cerca de 17% da rotação observada no espectro visível e até 70% no infravermelho.

Novos caminhos para tecnologias futuras

“Os nossos resultados mostram que a luz ‘conversa’ com a matéria não só através do seu campo elétrico, mas também através do seu campo magnético, um componente que tem sido largamente ignorado até agora”, diz Benjamin Assouline.

Os pesquisadores observam que esta compreensão revisada do comportamento magnético da luz pode abrir portas para inovações em armazenamento óptico de dados, spintrônica e controle magnético usando luz. O trabalho também pode contribuir para desenvolvimentos futuros na computação quântica baseada em spin.