挑战180年物理学共识,光的磁性力量远超想象
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2025-11-21 16:20:48
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IT之家 11 月 21 日消息,科技媒体 Phys 昨日(11 月 20 日)发布博文,报道称耶路撒冷希伯来大学的最新研究颠覆了物理学界长达 180 年的传统认知,指出光的磁性成分远比预想中重要。

这项研究正在挑战物理学界一个延续了近两个世纪的基本假设。IT之家援引博文介绍,自 19 世纪以来,物理学对光的理解一直偏重于其电场成分,认为光与物质的相互作用主要由电场主导。

法拉第效应。图源:Enrique Sahagún

光的磁场成分则长期被视为一种次要的伴生现象,其直接影响力几乎被忽略。然而,该团队的研究成果表明,这种观点并不完整,光的磁性振荡在特定条件下扮演着远超预期的关键角色。

该研究的核心突破口是自 1845 年便已为人所知的“法拉第效应”—— 即光穿过置于恒定磁场中的材料后,其偏振面会发生旋转。传统理论将这种旋转几乎完全归因于光的电场。

但由阿米尔・卡普阿(Amir Capua)和本杰明・阿苏林(Benjamin Assouline)领导的团队,运用描述磁性材料中自旋动力学的核心工具“朗道-栗弗席兹-吉尔伯特方程”进行模型计算,证明了光束中的磁场能够主动产生直接的磁转矩,从而对偏振面旋转做出显著贡献,而非仅仅是被动伴随。

为了在实验中验证这一理论,研究人员采用了在法拉第效应实验中常用的磁光材料 —— 铽镓石榴石(TGG)。实验结果清晰地揭示,光的磁性成分贡献度与光的波长密切相关。

在可见光谱范围内,磁性贡献约占总旋转效应的 17%,这已是一个不可忽视的数值。更令人惊讶的是,在波长更长的红外光谱范围内,磁性成分的贡献率急剧攀升,最高可达 70%。这一数据将一个长期被低估的影响变量推到了舞台中央。

这项发现的意义远不止于修正理论。更精确地理解并利用光的磁性成分,有望为多个技术领域打开新的大门。在光存储、自旋电子学以及利用光来磁化材料的应用中,光的磁场可以作为一种新的、精准的调控手段。

此外,量子计算领域也可能因此受益。由于许多量子计算方案依赖于对微观粒子自旋的精确控制,而此前几乎未将光的直接磁场影响纳入考量,新理论为其提供了全新的优化思路和技术路径。

参考

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