180 jaar oude natuurwet valt om: licht blijkt véél magnetischer dan gedacht

In dit artikel:

Onderzoekers van de Hebrew University of Jerusalem, onder leiding van dr. Amir Capua en Benjamin Assouline, laten met nieuwe berekeningen en materiaalstudies zien dat het magnetische deel van licht veel sterker bijdraagt aan licht-materie-interactie dan tot nu toe werd aangenomen. In een artikel in Nature Scientific Reports tonen ze aan dat het magnetische veld van licht ongeveer 17% van de optische rotatie in zichtbaar licht verklaart en tot zo’n 70% in het infrarood — een bijdrage die klassieke optica doorgaans verwaarloosde.

Sinds Faraday’s beschrijving van de Faraday-rotatie in 1845 heerste de opvatting dat alleen het elektrische veld van licht de polarisatie in een magnetisch veld draait. Het team ontwikkelde een nieuw theoretisch model waarmee zij laten zien dat het oscillerende magnetische veld van licht rechtstreeks koppelt aan spins in materialen, op een manier die vergelijkbaar is met een statisch extern magnetisch veld. Voor hun kwantificering gebruikten ze het kristal Terbium Gallium Garnet (TGG), een veelgebruikt materiaal in optische experimenten, waarin de magnetische bijdrage duidelijk meetbaar bleek.

Dr. Capua vat hun inzicht kernachtig samen: “Het magnetische deel van licht is geen bijzaak. Het is een eerste-orde effect.” Assouline benadrukt dat die magnetische wisselwerking met materie een heel gesprek onthult dat wetenschappers 180 jaar lang hebben gemist. Vooral bij langere golflengten domineert de magnetische component, wat bestaande modellen dwingt te worden herzien.

De bevindingen zijn niet alleen theoretisch relevant maar bieden ook praktische toepassingen: de directe koppeling tussen licht en spins kan spintronica zonder elektrische stromen stimuleren, optische datastorage verbeteren, en nieuwe vormen van magnetische sturing met lasers mogelijk maken. Ook voor spin-gebaseerde quantumcomputers, waar precieze spincontrole cruciaal is, heeft dit onderzoek implicaties.

Kortom: het magnetische gedeelte van licht verdient een centrale plaats in zowel fundamentele theorieën als toegepaste technologieën, en roept op tot herziening van bijna twee eeuwen oude aannames over hoe licht en magnetisme elkaar beïnvloeden.