人工智能学家
2025-11-2013:14广东头条精选作者 优质科技领域创作者
信息来源：
https://interestingengineering.com/science/light-magnetically-influences-not-just-illuminates
一项来自耶路撒冷希伯来大学的研究正在重写物理学教科书。研究团队发现，光的磁场成分在与物质的相互作用中扮演着直接且可量化的重要角色，这一发现彻底推翻了自1845年迈克尔·法拉第发现法拉第效应以来，科学界坚持了近180年的基本假设。发表在《自然》杂志子刊《科学报告》的这项研究显示，在可见光中，磁效应贡献约17%的偏振旋转，而在红外光谱中这一比例高达70%。
这一突破性发现挑战了传统电磁学理论中的核心观点。长期以来，物理学家认为法拉第效应——光在磁场中的偏振旋转现象——完全由光的电场与材料内部电荷的相互作用产生，而光的磁场成分被视为可忽略不计的次要因素。然而，希伯来大学电气工程与应用物理研究所的阿米尔·卡普阿博士和本杰明·阿苏林领导的团队通过先进的计算方法证明，这种长期被忽视的磁场贡献不仅存在，而且在许多情况下占据主导地位。
理论突破揭示光的隐藏特性
研究团队利用复杂的数学模型分析了光与物质相互作用的微观机制。他们首次从理论上证明，光的振荡磁场能够直接与材料中的自旋相互作用，其作用方式类似于静态磁场对磁性材料的影响。这种相互作用此前被认为是微不足道的，但计算结果显示其影响远比预期显著。
为了验证理论预测，研究小组选择了铽镓石榴石作为测试材料。TGG晶体在光学实验中广泛用于测量法拉第效应，其性质相对稳定且易于控制。通过将新开发的理论模型应用于这种材料，研究者能够精确量化磁场成分的贡献比例。
实验结果令人震惊。在不同波长的光照射下，磁场成分对法拉第效应的贡献呈现出强烈的频率依赖性。在可见光范围内，这种贡献约占总效应的17%，已经远超传统理论中"可忽略"的范畴。更令人惊讶的是，当光的波长延伸到红外区域时，磁场贡献急剧上升，在某些情况下可达到70%的惊人比例。
卡普阿博士用通俗的语言解释这一现象："简单来说，这是光和磁之间的相互作用。静态磁场会'扭曲'光线，而光线反过来又会揭示材料的磁性。我们发现，光线的磁性部分具有一级效应，它在这个过程中出人意料地活跃。"这种"双向"相互作用机制的发现，为我们理解光与物质的基本相互作用提供了全新的视角。
实验验证与技术应用前景
法拉第。 恩里克·萨阿贡
阿苏林在解释研究意义时指出："我们的发现表明，光通过其磁场与物质'对话'——这一相互作用渠道此前一直被人们所忽视。换句话说，光不仅能照亮物质，还能以磁性的方式影响物质。"这种新的理解方式为光学技术的发展开辟了前所未有的可能性。
研究的技术应用潜力巨大。首先在自旋电子学领域，这一发现可能导致新型器件的开发，这些器件能够利用光的磁场成分来精确控制电子自旋状态。传统的磁电子器件依赖于外加磁场或电流来操控自旋，而光磁相互作用提供了一种更加精确、快速的控制方式。
在光数据存储技术方面，理解光的磁效应有助于开发密度更高、速度更快的存储设备。通过利用光的磁场成分直接操控存储介质的磁化状态，可以实现比传统光存储更高效的数据写入和读取过程。这种技术可能在未来的大容量数据中心和高速计算系统中发挥重要作用。
更具前瞻性的是在量子计算领域的应用。基于自旋的量子计算技术需要对量子比特的磁态进行极其精确的操控，而光磁相互作用提供了一种潜在的新方法。通过精确控制光的磁场成分，研究人员可能能够实现对量子自旋状态更加精确和稳定的操控，这对提高量子计算系统的可靠性具有重要意义。
科学范式转变的深远影响
这项研究的影响远超出技术应用范畴，它代表了物理学基础理论的一次重要修正。法拉第效应作为电磁学的基本现象之一，其理论解释的修订必然会引发对相关物理现象的重新审视。科学家们需要重新评估许多基于传统法拉第效应理论的实验结果和理论预测。
在光学物理学领域，这一发现可能促使研究人员重新考虑光与各种材料相互作用的机制。许多被认为已经充分理解的光学现象可能需要在新的理论框架下重新解释，这将为基础光学研究注入新的活力。
此外，这项研究还展示了现代计算方法在理论物理研究中的强大威力。通过精密的数值计算，研究人员能够揭示在传统实验手段下难以观测到的微观相互作用机制。这种理论与计算相结合的研究方法将在未来的物理学研究中发挥越来越重要的作用。
对于科学教育而言，这一发现也具有重要意义。它提醒我们，即使是看似成熟的科学理论也可能存在需要修正的地方。科学的进步不仅来自于全新发现，也来自于对既有知识的深入审视和完善。
这项研究还可能激发对其他经典物理效应的重新研究。如果光的磁场成分在法拉第效应中起重要作用，那么在其他涉及光磁相互作用的现象中，是否也存在类似的被忽视的贡献？这个问题将为未来的研究提供丰富的方向。
随着量子技术、光子学和磁电子学等前沿领域的快速发展，对光与物质相互作用机制的精确理解变得越来越重要。希伯来大学团队的这项发现不仅纠正了一个长期存在的理论缺陷，更为相关技术的进一步发展奠定了更加坚实的理论基础。
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