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ほぼ2世紀を経て書き直された光と磁気の物理学

光が磁場によってどのように偏光されるかを示すファラデーの実験の図エンリケ・サアグン 1845 年、物理学者マイケル ファラデーは、電磁気と光が関連していることを示す最初の直接的な証拠を提供しました。さて、このつながりはファラデーが想像していたよりもさらに強力であることが判明しました。 ファラデーは実験で、ホウ酸と酸化鉛を混ぜて磁場に浸したガラスを通して光を当てました。彼は、これによって光が変化することを発見しました。光がガラスから出たとき、その偏光の方向が再設定されました。 光は電磁波であり、この「ファラデー効果」は、磁場、ガラス内の電荷、光の電気成分の相互作用の組み合わせにより、光波が回転し、物質に入る前とは異なる方向に小刻みに揺れることを証明するものであることが、過去 180 年間広く受け入れられてきました。 おそらく驚くべきことに、光の磁気成分はファラデー効果において実質的に何の役割も果たしていないと長い間考えられてきました。イスラエルのエルサレム・ヘブライ大学のアミール・カプア氏とベンジャミン・アスーリン氏は、これが必ずしも常に当てはまるわけではないことを示した。 「光の 2 番目の部分が物質と相互作用することが現在理解されています」とカプア氏は言います。 カプア氏は、研究者が光の磁気成分がファラデー効果に関与しているという考えを追求しなかった理由が 2 つあると述べています。まず、ファラデーガラスなどの材料内の磁力は電気力に比べて比較的弱いようです。第二に、ファラデーガラスのような材料が磁化されている場合、つまり、その構成部分の量子スピンが小さな磁石のようにあらゆる磁場と相互作用することを意味しますが、これらのスピンは通常、光波の磁気成分と同期していません。これは、この 2 つが強く相互作用しないことを示唆しています。 しかし、カプアとアスリーヌは、光の磁性成分が円偏光（本質的に渦巻き状またはコルク栓抜き状）の場合、ガラス内の磁気スピンとより強く相互作用できることに気づきました。彼らは、光を操作する特別な努力をしなくても、光の磁気成分は常にいくつかのコルク抜き波で構成されているため、これは起こると結論付けました。 2人の研究者の計算により、ファラデーの実験がガラスの代わりにテルビウム・ガリウム・ガーネット（TGG）と呼ばれる磁性材料を用いて繰り返された場合、この磁気相互作用が実際に可視光が材料を通過するときに生じるファラデー効果の17パーセントを占める可能性があることが明らかになった。代わりに赤外光が TGG 材料を通過すると、磁気相互作用が結果として生じるファラデー効果の 70 パーセントもの原因となるでしょう。 英国マンチェスター大学のイーゴリ・ロザンスキー氏は、新しい計算は説得力があり、将来の妥当な実験テストを示唆していると述べた。これまで無視されてきたファラデー効果の磁気成分は、研究者が物質内のスピンを操作する新しい方法を提供する可能性があるとロジャンスキー氏は言う。同氏は、この効果が実際に一部の材料において従来のファラデー効果よりも強い可能性があるかどうかは未解決の問題だと付け加えた。 今後の実験では、基礎物理学から応用まで新たな発見が行われる予定で、カプア氏は、一部の物質の磁気スピンが光の磁気成分と相互作用する可能性があるという発見を、物質の操作にどのように利用できるかをすでに想像できると述べている。これにより、最終的には新しいタイプのスピンベースのセンサーやハードドライブへの道が開かれる可能性があります。 ルネサンスの科学: イタリア ブルネレスキやボッティチェリからレオナルド ダ ヴィンチやガリレオ ガリレイなどの博学者に至るまで、科学的取り組みの最前線におけるイタリアの役割を確固たるものにするのに貢献したルネサンスの偉大な科学的知性と発見を体験してください。 トピック: #ほぼ2世紀を経て書き直された光と磁気の物理学