Иерусалим, 17 июля 2025 года (TPS-IL) — Команда израильских, американских и британских ученых разгадала столетнюю загадку в физике, обнаружив ускользающие магнитные сигналы в обычных металлах — используя только видимый свет, сообщил Университет Иерусалима в четверг. Полученные результаты открывают новые горизонты для науки о материалах, электроники и квантовых технологий.

Исследование, опубликованное в рецензируемом журнале Nature Communications, впервые показывает, что оптическое явление, называемое эффектом Холла, было обнаружено в немагнитных металлах, таких как медь, золото и алюминий.

Эффект Холла — открытый в 1879 году — представляет собой явление, при котором электрические токи изгибаются в магнитном поле. В магнитных материалах, таких как железо, это создает сильный, измеримый сигнал. Однако в немагнитных металлах эффект гораздо более тонкий. Ученые долгое время предполагали, что существует связанная версия, включающая свет — эффект Холла, позволяющая исследователям «видеть», как электроны реагируют на магнитные поля. Тем не менее, на протяжении более ста лет это оставалось скрытым от глаз.

«Это было похоже на попытку услышать шепот в шумной комнате», — сказал профессор Амир Капуа из Института электротехники и прикладной физики Университета Иерусалима. «Все верили, что шепот существует, но у нас не было достаточно чувствительного микрофона, чтобы его записать».

Под руководством аспиранта Надава Ам Шалома и Капуа, работая с коллегами из Института Вейцмана, Пенсильванского университета и Университета Манчестера, команда разработала новый подход, который позволил обнаружить ускользающий эффект.

Используя усовершенствованное излучение магнитооптического эффекта Керра (MOKE), исследователи сочетали синий лазер с длиной волны 440 нм с быстро модулированным магнитным полем. Это значительно увеличило чувствительность метода — на порядки — позволив им обнаружить магнитные отражения в металлах, ранее считавшихся слишком тихими для измерения. MOKE — это физическое явление, при котором поляризация или интенсивность света меняется при отражении от магнитизированной поверхности.

«Вы можете думать о металлах, таких как медь или золото, как о магнитно инертных — они не прилипают к вашему холодильнику, как железо», — пояснил Капуа. «Но при правильных условиях они реагируют на магнитные поля, просто в крайне тонких формах. Впервые мы теперь можем обнаружить эти реакции, используя видимый свет».

До сих пор ученые, пытавшиеся измерить эти эффекты, полагались на электрические зонды, физически прикрепляя крошечные провода к нанометровым устройствам, процесс, который сложен, медленен и разрушителен. В отличие от этого, новый метод не требует никакого физического контакта. Простой луч света достаточен для выявления магнитного поведения.

Более того, исследователи обнаружили, что слабые оптические сигналы — долгое время считавшиеся фоновым шумом — несли в себе значимую информацию. Этот «шум» следовал определенному образцу, связанному с спин-орбитальным взаимодействием, квантово-механическим взаимодействием, связывающим движение электронов с их вращением. Понимание этого поведения критично для разработки электроники следующего поколения, такой как спинтроническая память и квантовые устройства логики.

«Это похоже на то, что статический шум на радио не просто помеха — это скрытое сообщение», — сказал Ам Шалом. «Настроив наши инструменты правильно, мы нашли способ услышать, что говорят электроны».

Последствия этого открытия огромны. Этот метод не только открывает новый, неинвазивный способ изучения магнитного поведения в обычных металлах, но и предоставляет новый инструмент для характеристики материалов на атомарном уровне. Инженеры могут использовать эту информацию для создания более быстрых процессоров, более точных датчиков и более энергоэффективных вычислительных систем на основе квантовых эффектов.

«Это исследование превращает почти 150-летнюю научную проблему в мощную новую возможность», — сказал Капуа.