Los científicos han descubierto recientemente una interacción entre una onda electromagnética y su propio componente magnético cuando pasa a través de un material, actualizando una suposición de 180 años que solo consideraba la interacción entre la luz y su campo eléctrico.
Este fenómeno, conocido como el efecto Faraday (FE), fue descrito por primera vez en 1845 por Michael Faraday, proporcionando algunas de las primeras evidencias de interacción entre el magnetismo y las ondas de luz.
¿Qué es el efecto Faraday?
El efecto Faraday describe cómo un rayo de luz que pasa a través de un material transparente se ve afectado cuando ese material es sometido a un campo magnético. Específicamente, esto cambia la dirección de polarización de ese haz de luz.
Para una perspectiva simplificada, la luz puede ser no polarizada o polarizada. Cuando la luz no está polarizada, sus oscilaciones electromagnéticas ocurren en varias direcciones (perpendiculares a su plano de viaje). Sin embargo, cuando la luz está polarizada, estas oscilaciones están ordenadas a lo largo de una sola dirección – imagina sacar un suéter arrugado y peludo del armario y alisar sus fibras.
El descubrimiento que cambió todo
Durante mucho tiempo se pensó que la influencia del efecto Faraday en la polarización de la luz era únicamente una cuestión del componente eléctrico de la ondulación electromagnética interactuando con el magnetismo del material y el campo magnético adicional.
El año pasado, el equipo de investigación de la Universidad Hebrea de Jerusalén demostró experimentalmente una influencia sutil pero clara del lado magnético en lo opuesto al FE, donde la polarización de la luz crea un momento magnético en un material.
En su nuevo estudio, los investigadores combinaron los hallazgos de su experimento con cálculos complejos basados en la ecuación Landau-Lifshitz-Gilbert, que describe la dinámica del magnetismo en materiales sólidos, para determinar si esta misma interacción sutil también podría estar funcionando en el efecto Faraday mismo.
Resultados sorprendentes
Utilizaron modelos físicos de Terbium-Gallium-Garnet, un cristal que puede ser magnetizado y se usa comúnmente en fibra óptica y tecnologías de telecomunicaciones, para basar sus cálculos.
Los cálculos sugieren que el campo magnético de la luz contribuye aproximadamente:
- 17 por ciento del FE en longitudes de onda visibles
- 70 por ciento en longitudes de onda infrarrojas
Esto está lejos de ser insignificante, como se asumía anteriormente.
Como resultado, muestran que el FE está directamente influenciado por el campo magnético oscilante de la luz, y no solo por su campo eléctrico, como se creía.
Las implicaciones del descubrimiento
«La luz no solo ilumina la materia, la influencia magnéticamente. El campo magnético estático ‘tuerce’ la luz, y la luz, a su vez, revela las propiedades magnéticas del material«, explica el físico Amir Capua.
«Lo que hemos encontrado es que la parte magnética de la luz tiene un efecto de primer orden, es sorprendentemente activa en este proceso.«
El mecanismo revelado
Por lo tanto, esta investigación ha encontrado otra forma para que el campo magnético de la luz interactúe con la materia – no interactuando con la carga de un electrón, sino interactuando con otro de sus aspectos esenciales, su spin, porque cada electrón en cada pieza de materia tiene tanto carga como spin.
Capua describió el avance:
«En el corazón de este efecto hay un principio básico que hemos identificado. Puedes, en términos muy generales, imaginar el spin del electrón como una pequeña carga que gira sobre su eje, casi como un pequeño trompo. Para interactuar con el ‘electrón giratorio’ y desviar la dirección de su eje de spin, el campo magnético que interactúa con él también necesita ‘girar’, es decir, necesita estar polarizado circularmente.«
Capua agrega que esto «crea una imagen muy equilibrada: el campo eléctrico ejerce una fuerza lineal sobre la carga mientras que un campo magnético polarizado circularmente ‘giratorio’ ejerce un torque sobre el spin del electrón.«
Aplicaciones futuras revolucionarias
Descubrir esta interacción pasada por alto en el FE establecido podría dar a los científicos una forma de controlar más precisamente la luz y la materia, potencialmente llevando a avances en:
- Sensores de alta precisión
- Sistemas de memoria avanzados
- Computación cuántica – a través de control de mayor precisión de bits cuánticos basados en spin
- Spintrónics – un campo que usa spins de electrones, en lugar de cargas, para almacenar y manipular información
«Lo que sugiere este descubrimiento es que podrías controlar información magnética directamente con luz«, dice el ingeniero eléctrico Benjamin Assouline.
Un recordatorio sobre la naturaleza de la ciencia
Finalmente, este trabajo es tentador porque nos recuerda una de las piedras angulares de la ciencia: que los investigadores pueden descubrir otras propiedades aún desconocidas de la luz u otros fenómenos electromagnéticos en cualquier momento, incluso en modelos bien establecidos.
