Cientistas identificaram recentemente um tipo de interação que vinha sendo subestimada há quase 180 anos: ao atravessar um material, uma onda eletromagnética não “conversa” apenas com o lado elétrico do próprio campo, mas também com o seu componente magnético. A descoberta atualiza a suposição clássica de que, nesse processo, apenas o campo elétrico da luz teria relevância.
Efeito Faraday e o papel do campo magnético da luz
O fenómeno conhecido como efeito Faraday (EF) foi descrito pela primeira vez em 1845 por Michael Faraday e tornou-se uma das evidências iniciais de que magnetismo e ondas luminosas podem interagir.
Em termos práticos, o EF explica o que ocorre quando um feixe de luz atravessa um material transparente enquanto esse material está sob a ação de um campo magnético: a polarização do feixe é alterada, mudando a direção em que a luz está polarizada.
Para simplificar, a luz pode ser não polarizada ou polarizada. Quando é não polarizada, as oscilações eletromagnéticas acontecem em várias direções (sempre perpendiculares à direção de propagação). Já na luz polarizada, essas oscilações ficam organizadas numa única direção - como se você tirasse do armário um suéter felpudo e amassado e alisasse as fibras até elas se alinharem.
Durante muito tempo, imaginou-se que a influência do EF sobre a polarização dependia exclusivamente do componente elétrico da ondulação eletromagnética, interagindo com o magnetismo do material e com o campo magnético aplicado externamente.
Da versão inversa do efeito à revisão do modelo clássico
No ano passado, uma equipa da Universidade Hebraica de Jerusalém mostrou experimentalmente um efeito discreto, mas inequívoco, do “lado magnético” da luz no fenómeno oposto ao EF: um cenário em que a polarização da luz induz um momento magnético no material.
No novo estudo, os pesquisadores reuniram os resultados desse experimento com cálculos complexos baseados na equação de Landau–Lifshitz–Gilbert, que descreve a dinâmica do magnetismo em materiais sólidos. O objetivo foi verificar se a mesma interação sutil poderia também estar presente no próprio efeito Faraday, e não apenas na sua versão inversa.
Para sustentar as contas, eles recorreram a modelos físicos de granada de térbio-gálio (TGG), um cristal magnetizável bastante usado em aplicações de fibras ópticas e telecomunicações.
O que os cálculos indicam: contribuição nada desprezível
As simulações sugerem que o campo magnético da luz responde por cerca de 17% do EF em comprimentos de onda visíveis e por aproximadamente 70% no infravermelho - um peso muito maior do que se supunha.
Com isso, o trabalho aponta que o EF é influenciado diretamente pelo campo magnético oscilante da luz, e não apenas pelo seu campo elétrico, como se acreditava.
“A luz não apenas ilumina a matéria, ela também a influencia magneticamente. O campo magnético estático ‘torce’ a luz, e a luz, por sua vez, revela as propriedades magnéticas do material”, explica o físico Amir Capua. “O que encontramos é que a parte magnética da luz tem um efeito de primeira ordem - ela é surpreendentemente ativa nesse processo.”
Um novo caminho de interação: do cargo elétrico ao spin do eletrão
O estudo descreve mais uma forma de o campo magnético da luz interagir com a matéria - não via interação com a carga do eletrão, mas com outra propriedade fundamental: o seu spin. Afinal, todo eletrão em qualquer material possui tanto carga quanto spin.
Capua explicou a base do avanço ao portal CiênciaAlerta:
“No cerne desse efeito está um princípio básico que identificámos. Em termos gerais, dá para imaginar o spin do eletrão como uma carga minúscula que gira em torno do próprio eixo, quase como um pião em miniatura. Para interagir com esse ‘eletrão giratório’ e desviar a direção do eixo do seu spin, o campo magnético que o afeta também precisa ‘girar’; isto é, precisa ser circularmente polarizado.”
Ele acrescenta que isso “forma um quadro bem equilibrado: o campo elétrico aplica uma força linear sobre a carga, enquanto um campo magnético circularmente polarizado e ‘girante’ aplica um binário (torque) sobre o spin do eletrão”.
Por que isso importa: controlo mais fino de luz e matéria
Ao revelar essa interação esquecida dentro do EF, o trabalho pode abrir caminho para um controlo mais preciso entre luz e materiais, com possíveis impactos em sensoriamento, memória e computação. Um exemplo citado é a possibilidade de impulsionar inovações em computação quântica ao permitir um controlo mais exato de bits quânticos baseados em spin.
Além disso, a área da spintrónica explora spins de eletrões - em vez de cargas - para armazenar e manipular informação.
“O que essa descoberta sugere é que você poderia controlar informação magnética diretamente com luz”, afirma o engenheiro eletricista Benjamin Assouline.
Na prática, isso também conversa com componentes magneto-ópticos já comuns em laboratórios e sistemas industriais - como isoladores e rotadores ópticos - e pode ajudar a melhorar o desenho de materiais e dispositivos que operam em diferentes faixas do espectro (especialmente no infravermelho), onde o novo contributo do campo magnético parece ser ainda mais dominante.
Ao mesmo tempo, o resultado reforça a necessidade de novas medições e validações em diferentes materiais e geometrias experimentais, para mapear quando e como essa parcela magnética se manifesta com maior intensidade e como ela pode ser explorada com estabilidade em aplicações reais.
Uma lembrança sobre como a ciência evolui
Por fim, o estudo chama atenção por recordar um dos pilares da ciência: mesmo em modelos considerados consolidados, ainda pode haver propriedades desconhecidas - da luz ou de outros fenómenos eletromagnéticos - à espera de serem reveladas.
A pesquisa foi publicada na revista Relatórios Científicos.
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