180 Jahre alte Annahme über das Licht erweist sich als falsch

Ein Forschungsteam der Hebräischen Universität Jerusalem hat eine grundlegende Annahme der Physik infrage gestellt: Die magnetische Komponente von Licht spielt offenbar eine weit größere Rolle bei der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie als angenommen.

Licht wirkt magnetisch

Die gestern in Scientific Reports publizierte Forschungsarbeit zeigt, dass die magnetischen Schwingungen innerhalb eines Lichtstrahls den sogenannten Faraday-Effekt maßgeblich mitbestimmen. Dieses Phänomen wurde seit 1845 vor allem auf die elektrische Wirkung von Licht zurückgeführt, nicht aber auf die magnetische.

Der Faraday-Effekt beschreibt die Drehung der Polarisationsebene von Licht, wenn es ein Material durchläuft, das sich in einem konstanten Magnetfeld befindet. Bisher ging man davon aus, dass diese Drehung fast ausschließlich durch das elektrische Feld des Lichts hervorgerufen wird, das mit den geladenen Teilchen im Material wechselwirkt.


Das Team um die Wissenschaftler Amir Capua und Benjamin Assouline zeigt nun jedoch, dass auch die magnetische Seite des Lichts aktiv ins Geschehen eingreift. Mit Hilfe komplexer Modellrechnungen auf Basis der Landau-Lifshitz-Gilbert-Gleichung, die das Verhalten von Spins in magnetischen Materialien beschreibt, konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass Licht magnetisches Drehmoment auf ein Material ausüben kann, ähnlich wie ein statisches Magnetfeld. Das bedeutet: Licht beeinflusst Materie nicht nur durch elektrische Kräfte, sondern auch durch direkte magnetische Effekte.

Stark bei Infrarot

Um diese Wirkung zu quantifizieren, untersuchten die Forscher den Einfluss auf Terbium-Gallium-Granat (TGG), einen Standardwerkstoff in der Faraday-Forschung. Das Ergebnis überraschte: Im sichtbaren Bereich trägt das magnetische Feld des Lichts etwa 17 Prozent zur beobachteten Polarisationsdrehung bei. Im infraroten Spektrum wiederum kann dieser Anteil auf bis zu 70 Prozent ansteigen. Eine zuvor kaum beachtete Komponente des Lichts rückt damit ins Zentrum der Aufmerksamkeit.

Die Erkenntnisse eröffnen neue Perspektiven für Technologien, die auf der gezielten Steuerung von magnetischen Eigenschaften beruhen. Dies könnte künftig etwa für optische Datenspeicherung, spinbasierte Elektronik oder lichtgesteuerte Magnetisierung von Bedeutung sein. Auch für zukünftige Entwicklungen in der Quanteninformatik, die stark auf Spin-Phänomene angewiesen ist, könnte die neu entdeckte Rolle des Lichtmagnetismus wegweisend sein.


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