13 сентября 1845 года в своей «Ежедневной записной книжке» Майкл Фарадей сделал запись, которая стала поворотным моментом в истории науки. В параграфе № 7504 под рубрикой «Тяжелое стекло» он описал явление, которое сегодня известно как эффект Фарадея. Ученый зафиксировал, что магнитное поле способно изменять плоскость поляризации света. Так впервые было доказано прямое взаимодействие оптических и электромагнитных явлений. Сам Фарадей писал: «Мне удалось намагнитить и наэлектризовать луч света и осветить магнитную силовую линию».
Эффект Фарадея заключается в повороте плоскости поляризации линейно поляризованного света, проходящего через прозрачную среду в продольном магнитном поле. Явление возникает потому, что световые волны с правой и левой круговой поляризацией распространяются с немного разной скоростью — это явление называют круговым двойным лучепреломлением. Разница фазовых скоростей приводит к смещению фаз и, как результат, — к изменению ориентации поляризации.
Формально эффект Фарадея является частным случаем гироэлектромагнетизма. В слабых магнитных полях угол поворота описывается формулой: θ = VHl, где V — постоянная Верде (зависит от длины волны света, свойств вещества и температуры), H — напряженность магнитного поля, l — длина пути света в веществе.
Направление вращения определяется магнитным полем и не зависит от того, куда распространяется свет.
До открытия Фарадея ученые, включая Огюстена Жана Френеля и Этьена Луи Малюса, уже показали, что материалы могут менять поляризацию света. Фарадей, убежденный, что свет имеет электромагнитную природу, целенаправленно искал доказательства этого. После ряда неудач он использовал созданное им ранее «тяжелое стекло» — материал на основе диоксида кремния, борной кислоты и оксида свинца. Именно в нем и проявился долгожданный результат.
Открытие Фарадея стало первым экспериментальным подтверждением связи света и электромагнетизма. В дальнейшем теоретическую основу электромагнитного излучения, включающего видимый свет, разработал Джеймс Клерк Максвелл в 1860-х годах.
Сегодня эффект Фарадея используется в самых разных областях:
Наука и измерения: дистанционное зондирование магнитных полей, волоконно-оптические датчики тока, исследование сверхпроводимости и спинтроники.
Оптика и телекоммуникации: вращатели Фарадея применяются в оптических изоляторах и циркуляторах, защищающих лазерные системы и линии связи.
Физика материалов: изучение полупроводников, зонной структуры, массы носителей заряда и неоднородности кристаллов.
Приборостроение: лазерные гироскопы, измерительные системы, ферритовые устройства СВЧ-диапазона.
Эффект Фарадея соединил мир света и магнетизма в единое поле исследований. То, что началось как опыт с куском особого стекла, сегодня лежит в основе телекоммуникаций, квантовых технологий и современной оптоэлектроники.
Фарадей искал доказательство того, что свет — это электромагнитное явление. И нашел его. Его открытие стало ключом, который открыл дорогу к одной из самых значимых научных революций XIX века.
