Effetto Faraday scoperto dopo 180 anni il ruolo nascosto della componente magnetica della luce
Una nuova teoria mostra che la componente magnetica della luce può contribuire fino al 75% all’effetto Faraday nelle lunghezze d’onda infrarosse, mettendo in discussione una visione ritenuta assodata.
La versione canonica dell’effetto Faraday
Per quasi due secoli la fisica ha ritenuto trascurabile la componente magnetica della luce nell’effetto Faraday, il fenomeno scoperto da Michael Faraday nel 1845 osservando che il piano di polarizzazione della luce ruota quando il raggio attraversa un materiale immerso in un campo magnetico parallelo alla direzione del fascio. Secondo l’interpretazione tradizionale, questa rotazione era attribuita quasi esclusivamente all’azione del campo magnetico esterno e all’interazione della componente elettrica della luce con le cariche del materiale, mentre il contributo della componente magnetica dell’onda elettromagnetica veniva considerato praticamente irrilevante.
La nuova teoria di Assouline e Capua
Secondo un recente studio teorico di Benjamin Assouline e Amir Capua dell’Università Ebraica di Gerusalemme, questa visione è incompleta. I due ricercatori mostrano che la componente magnetica dell’onda elettromagnetica può interagire in modo significativo con gli spin quantistici degli ioni magnetici presenti nel materiale attraversato dalla luce. Il fenomeno diventa particolarmente evidente quando l’onda è polarizzata circolarmente, una condizione in cui la componente magnetica ruota descrivendo una spirale lungo la direzione di propagazione. Il materiale di riferimento dello studio è il Terbium Gallium Garnet (TGG), un cristallo magneto-ottico utilizzato in laser, isolatori ottici e dispositivi di precisione.
I numeri che sorprendono la comunità scientifica
I nuovi calcoli teorici mostrano che la componente magnetica contribuisce per circa il 17% alla rotazione Faraday a 800 nanometri e che, a 1,3 micrometri nell’infrarosso, può arrivare fino a circa il 75% del totale, diventando in quelle condizioni la parte predominante dell’effetto. Un risultato sorprendente che ribalta l’idea, considerata assodata per generazioni, secondo cui la componente magnetica non avrebbe alcun impatto misurabile.
Perché nessuno se n’era accorto prima?
Secondo gli autori, i motivi principali sono due. Nei materiali storicamente utilizzati la componente magnetica risultava effettivamente molto più debole rispetto a quella elettrica. Inoltre, gli spin magnetici dei materiali erano considerati “sfasati” rispetto all’oscillazione magnetica della luce, rendendo improbabile una reale interazione. I nuovi modelli matematici mostrano invece che, con materiali moderni come il TGG e con lunghezze d’onda diverse, la componente magnetica può giocare un ruolo molto più rilevante.
Le applicazioni possibili: dalla spintronica ai sensori magnetici
Il fisico Igor Rozhansky dell’Università di Manchester considera questa teoria convincente e ritiene probabile una sua futura verifica sperimentale. Se confermata, la scoperta potrebbe avere ricadute importanti in campi tecnologici avanzati. Tra le applicazioni potenziali ci sono la spintronica, con il controllo degli spin elettronici tramite luce polarizzata; sensori magnetici più sensibili e miniaturizzati; memorie magneto-ottiche basate sulla manipolazione degli spin; e nuovi componenti ottici e laser progettati per sfruttare il contributo magnetico della luce.
Un fenomeno antico che diventa più complesso
Dopo 180 anni, l’effetto Faraday non viene ribaltato ma ampliato: una parte della luce che si pensava del tutto marginale potrebbe in realtà occupare un ruolo chiave in determinate condizioni. Questa scoperta dimostra che anche i fenomeni più consolidati possono nascondere aspetti inattesi e che la luce continua a rivelarsi più complessa e affascinante di quanto immaginassimo.
