Світло – джерело магнетизму
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Вже давно відомо, що світлова хвиля це електромагнітні коливання. Але спробуйте виділити з неї якесь постійне магнітне поле — зробити це не так просто. Відомі явища зворотного порядку – вплив магнітного поля на проходження світлових променів через різні матеріали. Вони є предметом спеціальної дисципліни — магнітооптики. Ну, а фотомагнетизм? Виявляється, він також можливий.
Фізики вивчають багато образних ефектів створення магнітних полів за допомогою світла. Найпростіший з них виникає тоді коли циркулярно поляризоване світло падає, наприклад, на зовсім немагнітний напівпровідник і потім його намагнічує. Ще більше під таким освітленням намагнічуються магнітні матеріали. Який фізичний механізм цього ефекту?
Справа в тому, що кожен електрон у речовині має свій спин, який певним чином характеризує власне обертання електрона. При поглинанні фотона електроном спин останнього отримує кутовий момент фотона. Але в циркулярно поляризованому світлі всі кутові моменти фотонів спрямовані однаково. Тоді подібне освітлення створить переважну орієнтацію у всіх спинів електронів. А це — вже прямий шлях до появи на зразку магнітних полюсів. Можливі і складніші механізми виникнення фотомагнетизму, включаючи фото впорядкування магнетиків під впливом звичайного (неполяризованого) світла. Останній випадок добре ілюструється таким дослідом.
Кристал залізоітрієвого з домішкою кремнію гранату помістили в магнітне поле, де спочатку намагнітили до індукції в 180 гаус. Потім світили на нього звичайним білим світлом, внаслідок чого на його поверхні освітленість складала три тисячі люксів. Коли перевірили підсумкову намагніченість зразка, виявили, що вона змінилася на один гаус. Чи багато це чи мало? Це вдвічі більше за індукцію геомагнітного поля нашої планети. Вчені вважають, що багатство та різноманітність фотомагнітних ефектів дозволить у майбутньому широко використовувати їх як чутливі елементи різних реєструючих приладів.