光的180年经典假说被推翻，科学界震惊！

科学家最近发现了电磁波与其自身的磁场成分之间的相互作用，当它穿过一种材料时，这一发现更新了一个已有180年历史的理论，该理论仅考虑了光与其电场之间的相互作用。

这一现象，即法拉第效应（FE），最早由迈克尔·法拉第于1845年描述，提供了磁性与光波之间相互作用的一些早期证据。

它描述了当一束光通过透明材料时，当该材料受到磁场影响时，光束的传播方向会发生变化。具体来说，这会改变光束的偏振状态。

从简单的角度来看，光可以是非偏振光或偏振光。当光是非偏振光时，其电磁振荡发生在不同的方向上（与其传播平面垂直）。

然而，当光被偏振时，这些振荡沿着同一个方向有序排列——想象一下从衣柜里拿出一件皱巴巴的毛衣，然后把它的纤维抚平。

人们长期以来认为法拉第效应对光偏振的影响仅仅是电磁波动的电成分与材料的磁性及其额外磁场之间的相互作用。

去年，耶路撒冷希伯来大学的研究团队通过实验演示了在与法拉第效应相反方向上的微妙却明显的影响，其中光的偏振在材料中产生了一个磁矩。

在他们的新研究中，研究人员将实验结果与基于朗道-利夫希茨-吉尔伯特方程的复杂计算相结合，该方程描述了固体材料中磁性的动态，以确定这种微妙的相互作用是否也可能在法拉第效应中起作用。

他们使用了铽镓石的物理模型，这是一种可以被磁化的晶体，通常用于光纤和电信技术，以此为基础进行他们的计算。

计算结果表明，在可见波长中，光的磁场贡献了约17%的光的电场效应，而在红外波长中贡献了70%——这远非之前认为的微不足道。

因此，他们表明光的电场效应直接受到光的振荡磁场的影响，而不仅仅是其电场，如之前所认为的那样。

“光不仅仅是照亮物质，它还会在磁性上影响物质。静态磁场‘扭曲’光，而光反过来又能揭示材料的磁性特性，”物理学家阿米尔·卡普阿说解释道。

“我们发现，光的磁场部分具有一阶效应，在这个过程中表现得出乎意料地活跃。”

因此，这项研究发现了光的磁场与物质相互作用的另一种途径——不是通过与电子的电荷相互作用，而是通过与其另一个基本特性，即其自旋相互作用，因为每个物质中的电子都有电荷和自旋。

卡普阿在ScienceAlert中描述了这一突破：

“这一效应的核心是我们所识别的一个基本原理。从很大程度上来说，你可以把电子的自旋想象成一个围绕其轴旋转的小电荷，就像一个微型陀螺一样。为了与‘旋转的电子’相互作用并改变其自旋轴的方向，与之相互作用的磁场也需要‘旋转’，也就是说，它需要是圆偏振的。”

卡普阿补充道，这“形成了一个很好的平衡：电场对电荷施加线性力，而‘旋转的’圆偏振磁场对电子的自旋施加扭矩。”

在已有的费米子效应中发现这个被忽视的相互作用，可能为科学家提供一种更精确地控制光和物质的方法，可能推动传感、存储和计算等领域的进步，比如通过更高精度地控制基于自旋的量子比特来实现量子计算机的创新。

此外，自旋电子学领域利用电子自旋而不是电荷来存储和操纵信息。

“这一发现表明，你可以直接用光来控制磁信息，” 电气工程师本杰明·阿苏林说。

最后，这项研究让人兴奋，因为它提醒我们科学的基石之一——即研究人员可能随时发现光或其他电磁现象的其他未知特性，即使是在已经确立的模型里。