دانشمندان بهتازگی رفتارهای مغناطیسی مخفی نور را کشف کردند
دارن اورف
مجلات Hearst و Yahoo ممکن است از طریق این لینکها کمیسیون یا درآمدی کسب کنند.
مواردی که با خواندن این داستان یاد میگیرید:
- در سال ۱۸۴۵، مایکل فارادی کشفی کرد که امروزه به عنوان اثر فارادی شناخته میشود — که رابطهٔ نور و الکترومغناطیس را توصیف میکند.
- یک مطالعهٔ جدید نشان داد که مؤلفهٔ مغناطیسی نور تأثیر شگفتانگیزی بر ماده میگذارد؛ این تأثیر ۱۷٪ از چرخش اتمها در طیف مرئی و تا ۷۵٪ در زیرقرمز را در بر میگیرد.
- این بازنگری در اثر مغناطیسی نور بر ماده میتواند افقهای نوینی برای دانشمندان فراهم کند تا چرخشهای اتمی را دستکاری کنند و اشکال جدیدی از فناوریهای ذخیرهسازی و حسگرها ایجاد نمایند.
در تاریخ علمی پژوهشهای برق و نور، اسامی بزرگی به ذهن میآیند: نیوتن، فرانکلین، ماکسول، ادیسون و تسلا و دیگران. اما در دنیای الکترومغناطیس، نامی بهانداز مایکل فارادی بهقدرِ تأثیرگذار است. فارادی که در خانوادهای فقیر به دنیا آمد، خودآموخته شد و در نهایت شاگرد شیمیدان و مخترع بریتانیایی هامفری دیوی شد. کشفیات او در زمینهٔ القای الکترومغناطیسی (اصل پایهای که تمام توربینهای مدرن بر آن بنا هستند) و اثر فارادی (که توصیف میکند الکترومغناطیس و نور چه رابطهای دارند) نهایتاً منجر به اعطای لقب شوالیه برای او شد — که او بلافاصله آن را رد کرد، چرا که میخواست «آقای فارادی ساده» تا انتها بماند.
اگرچه القای الکترومغناطیسی پایهٔ صنعت است، اثر فارادی نیز تأثیر عمیقی بر فیزیک دارد. در سال ۱۸۴۵، فارادی تجربهای با منبع نور، سامانهای از پلاریزرها و الکترومغناطیسها طراحی کرد. هنگام عبور نور از دو پلاریزر، همانطور که پیشبینی میشد، نور در طرف دیگر مشاهده نشد. اما تحت تأثیر الکترومغناطیسها، فارادی یک «چشمهٔ نوری بینهایت کوچک اما نامحسوس» را دیده و این امر نشان داد که الکترومغناطیس تا حدودی بر میدان الکتریکی نور تأثیر میگذارد.
با پیشرفت ۱۸۰ سال، دانشمندان هنوز در حال کشف خصوصیات جدیدی از این تعامل بین نور و مغناطیس هستند. در مطالعهای جدید که در مجله Scientific Reports منتشر شد، فیزیکدانان بنجامین اسسولین و امیر کاپوا از دانشگاه عبری اورشلیم اعلام کردند که نور میتواند علاوه بر تأثیر الکتریکی، یک تأثیر مغناطیسی نیز نشان دهد. بهطور خاص، این تأثیر مغناطیسی با چرخشهای اتمی تعامل میکند؛ فرآیندی که پیشتر بهنظر میرسید تا حدی ناچیز و بدون اهمیت باشد.
«میدان مغناطیسی ثابت نور را ‘میپیچاند’ و نور به نوبهٔ خود خواص مغناطیسی ماده را نشان میدهد»، کاپوا در بیانیهٔ مطبوعاتی گفت. «آنچه ما کشف کردهایم این است که بخش مغناطیسی نور اثر مرتبهٔ اول دارد؛ در این فرآیند بهطور شگفتآوری فعال است.»
با استفاده از معادلهٔ لاندو‑لیفشفیتز‑گیلبُرت (LLG) که بهطور معمول رفتار اسپین در مواد را توصیف میکند، اسسولین و کاپوا نشان دادند که نور میتواند «گشتاور مغناطیسی» ایجاد کند که در واقع مشابه یک میدان مغناطیسی ثابت است. هنگام بهکارگیری این مدل نظری بر تربیوم گالیوم گارنت (TGG)—مادهای که بهطور معمول برای آزمون اثر فارادی استفاده میشود، مؤلفهٔ مغناطیسی نور ۱۷٪ از چرخش اتمها در طیف مرئی را پوشش داد. در زیرقرمز (با طولموج حداکثر ۱۳۰۰ نانومتر)، این عدد بهطور شگفتانگیزی به ۷۵٪ رسید.
«نتایج ما نشان میدهد نور نه تنها از طریق میدان الکتریکی، بلکه از طریق میدان مغناطیسی با ماده «صحبت» میکند؛ عنصری که تا کنون بهطور عمده نادیده گرفته شده بود»، اسسولین گفت.
به گفته ایگور روزانسکی، فیزیکدانی از دانشگاه منچستر که با New Scientist مصاحبه کرد، ارزیابی مجدد مؤلفهٔ مغناطیسی نور میتواند راهی نوین برای دستکاری چرخشهای اتمی برای دانشمندان فراهم کند، هرچند میزان قدرت این اثر در برخی مواد هنوز نامشخص است. چنین دستکاری دقیقی، بهنظر New Scientist، میتواند منجر به نسل جدید حسگرهای مبتنی بر چرخش و هارد دیسکهای پیشرفته شود.