Una suposición sobre la luz que se había mantenido durante 180 años acaba de ser refutada
Un hallazgo reciente desvela que el campo magnético de la luz, ignorado durante casi dos siglos, también participa en el efecto Faraday. Este descubrimiento reescribe un fenómeno clásico y abre una nueva ventana a la física ultrarrápida.
Por Enrique Coperías
Científicos han descubierto que el campo magnético de la luz desempeña un papel más fuerte de lo esperado al hacer girar la luz al atravesar ciertos materiales, un hallazgo que replantea principios fundamentales y abre la puerta a nuevas tecnologías ópticas y basadas en espines. Crédito: Enrique Sahagún.
En 1845, el científico británico Michael Faraday dejó boquiabierta a la comunidad científica al demostrar que la luz y el magnetismo podían influirse mutuamente. Descubrió que un haz de luz que atraviesa un material transparente sometido a un campo magnético sufre una ligera rotación de su plano de polarización. Aquel hallazgo, hoy conocido como el efecto Faraday, abrió una senda que todavía recorre la investigación en óptica y magnetismo.
Durante casi dos siglos, la explicación aceptada del fenómeno se ha basado en una idea aparentemente incontestable: el responsable de la rotación es el campo eléctrico de la luz, no su campo magnético. Pero un trabajo recién publicado por Benjamin Assouline y Amir Capua, investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalén, en Israel, propone una revisión profunda de ese principio.
Su estudio demuestra que el campo magnético de la luz, tradicionalmente considerado demasiado débil para mover fichas en este tablero, también contribuye al efecto Faraday, y que su influencia puede cuantificarse y modelarse con precisión.
🗣️ «En términos sencillos, se trata de una interacción entre la luz y el magnetismo —explica Capua. Y añade—: El campo magnético estático retuerce la luz y, a su vez, la luz revela las propiedades magnéticas del material. Lo que hemos descubierto es que la parte magnética de la luz tiene un efecto de primer orden, es sorprendentemente activa en este proceso».
El resultado no solo reabre uno de los capítulos fundacionales de la magneto-óptica, sino que también conecta este fenómeno clásico con las fronteras contemporáneas de la física ultrarrápida, donde láseres de femtosegundos manipulan espines atómicos en tiempos y escalas impensables para Faraday.
El retorno inesperado del campo magnético
En óptica, se asume casi siempre que el protagonismo lo lleva el campo eléctrico. El magnético,aunque inseparable en una onda electromagnética, es tan pequeño que suele considerarse irrelevante en la interacción con los materiales.
Sin embargo, en los últimos años varios grupos han observado que en ciertos regímenes ultrarrápidos, como el de la conmutación magnética inducida solo con luz (all-optical helicity-dependent switching, AO-HDS), ocurren torques, también llamados momentos de una fuerza o momentos polares, y cambios de magnetización que no encajan del todo con los modelos que solo consideran el campo eléctrico.
Assouline y Capua ya habían sugerido en un trabajo anterior que, en el llamado efecto Faraday inverso (IFE), el campo magnético de la luz podía generar un pequeño torque sobre los espines del material. El IFE es un proceso en el que la luz circularmente polarizada induce una magnetización transitoria, una especie de imán óptico instantáneo. La teoría clásica lo atribuye a un proceso no lineal impulsado por el campo eléctrico, pero los autores mostraron que el campo magnético también interviene.
El nuevo estudio da un paso más: esa contribución no se limita al efecto Faraday inverso, más exótico y no lineal, sino que también afecta al efecto Faraday directo y clásico.
Un modelo para atrapar el magnetismo de la luz
El trabajo utiliza la ecuación de Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG), uno de los pilares teóricos de la dinámica de espines. Esta ecuación describe cómo responde la magnetización de un material cuando se ve sometida a campos magnéticos externos, incluidos los procedentes de la propia luz.
Mediante simulaciones numéricas y un extenso desarrollo analítico, Assouline y Capua muestran que el campo magnético oscilante de un pulso láser puede ejercer un torque medible sobre los espines. En palabras más sencillas, los autores han demostrado que el campo magnético del láser, aunque pequeño, es capaz de hacer girar los espines del material, y esa torsión se puede medir. Y ese torque reproduce exactamente varias de las características observadas experimentalmente en el IFE desde hace años:
✅ Crece linealmente con la fluencia del pulso láser.
✅ Depende de la diferencia de intensidades entre luz circular derecha e izquierda.
✅ Se acumula con cada ciclo óptico.
✅ Aparece tanto con un único pulso como con trenes de pulsos e incluso bajo iluminación continua.
✅ Afecta de forma distinta a los componentes longitudinales y transversales del vector de magnetización.
Estas coincidencias no son anecdóticas: refuerzan la idea de que el campo magnético óptico no es un simple actor secundario, sino parte fundamental del reparto.
Y, sobre todo, plantean una pregunta inevitable: si el campo magnético contribuye al efecto Faraday inverso, ¿por qué no al directo?
Una pieza olvidada en el efecto Faraday clásico
El efecto Faraday directo se describe habitualmente como la aparición de birrefringencia circular en un material sometido a un campo magnético estático. La luz polarizada linealmente se descompone en dos componentes circulares que se propagan a velocidades distintas, y el plano de polarización gira como resultado.
Assouline y Capua vuelven a recurrir a la ecución LLG para analizar la respuesta del material en presencia simultánea de un campo estático y un haz continuo de luz circularmente polarizada. De la ecuación se derivan las susceptibilidades magnéticas para los dos estados de polarización, y con ellas, el correspondiente constante de Verdet, que mide cuántos grados gira la luz por unidad de longitud y campo aplicado.
La sorpresa llega al comparar esta predicción con valores experimentales de un material muy estudiado: el granate de galio y terbio (TGG), uno de los cristales más utilizados en aisladores ópticos y dispositivos láser.
El modelo teórico muestra que la contribución puramente magnética de la luz representa aproximadamente un 17% del efecto Faraday total a 800 nm, y hasta un 75% a 1,3 micras, donde el efecto clásico se debilita.
En otras palabras: una fracción nada despreciable del efecto Faraday se explica por una pieza que durante 180 años se había pasado por alto.
Los autores subrayan que el cálculo proporciona un límite inferior, por lo que la contribución real podría ser algo mayor si se incluyen efectos adicionales, como el acoplamiento espín–órbita.
Representación artística del haz de luz dividido en sus dos componentes fundamentales —campo eléctrico y campo magnético— mientras atraviesa un cristal de TGG. Un nuevo estudio demuestra que el campo magnético óptico, tradicionalmente ignorado, también contribuye al efecto Faraday, revelando un componente oculto de la interacción entre luz y magnetismo. Imagen generada con DALL-E
Primos, pero no gemelos
Un aspecto clave del estudio es que el análisis revela una no reciprocidad entre el efecto Faraday directo y el efecto Faraday inverso. Según la teoría clásica formulada en los años sesenta, ambos comparten una misma constante de Verdet, esto es, si un material hace girar la luz bajo un campo externo, la luz circular debería generar una magnetización proporcional.
Pero en los regímenes ultrarrápidos estudiados hoy, donde la interacción ocurre a escalas comparables al ciclo óptico —la luz posee una vibración o latido extremadamente rápido, su ciclo óptico, que, en un láser típico de 800 nanómetros, se completa en menos de tres femtosegundos— , esa simetría se rompe. El modelo de Assouline y Capua lo muestra con claridad:
✅ El Verdet óptico-magnético que han calculado para el efecto Faraday directo depende solo de las propiedades del material.
✅ Mientras que el Verdet del efecto inverso depende además de parámetros del pulso, como su duración, la tasa de disipación o la constante α.
La luz y el material están tan lejos del equilibrio que los dos procesos dejan de ser intercambiables. Este resultado enlaza con observaciones previas en experimentos ultrarrápidos y confirma que Faraday y su inverso son primos, no gemelos.
Implicaciones para la óptica del futuro
El hallazgo, publicado en la revista Scientific Reports, no invalida los modelos clásicos basados en el campo eléctrico, sino que los completa. La contribución magnética no domina, salvo a longitudes de onda muy largas, pero modifica y matiza la forma en la que entendemos la interacción entre luz y espines, especialmente en condiciones extremas.
Esto tiene varias consecuencias:
1️⃣ Redefine la física de la magneto-óptica: el campo magnético óptico, tradicionalmente relegado, recupera relevancia en el análisis de materiales paramagnéticos y ferrimagnéticos.
2️⃣ Conecta fenómenos clásicos con la espintrónica ultrarrápida: los modelos que describen conmutación magnética con láseres femtosegundo comienzan a encajar mejor cuando se incluye esta contribución.
3️⃣ Afecta al diseño de aisladores ópticos y dispositivos láser, que dependen críticamente del efecto Faraday.
4️⃣ Sugiere nuevos mecanismos de control magnético con haces de luz continua o incluso con perfiles de fase complejos, como los haces con momento angular orbital.
Una corrección de rumbo después de doscientos años
El trabajo de Assouline y Capua no reescribe la historia de Faraday, pero añade un capítulo inesperado en su biografía. Demuestra que incluso en fenómenos aparentemente resueltos, como la rotación óptica en un medio magnetizado, sigue habiendo ingredientes por descubrir.
En última instancia, la idea que dejan sobre la mesa es simple y poderosa: la luz tiene un campo magnético, y ese campo importa más de lo que creíamos.
La física, incluso la que creemos haber entendido desde el siglo XIX, aún guarda reservas de sorpresa. ▪️
Preguntas & Respuestas: La luz y su campo magnético
💡¿Qué es el efecto Faraday?
Es un fenómeno magneto-óptico en el que la luz polarizada rota su plano al atravesar un material sometido a un campo magnético. Es fundamental en aisladores ópticos y dispositivos láser.
💡¿Qué aporta este estudio nuevo?
Demuestra que el campo magnético de la luz, ignorado durante 180 años, también contribuye al efecto Faraday, especialmente a longitudes de onda largas.
💡¿Por qué es importante el campo magnético óptico?
Porque cambia la comprensión clásica de la interacción luz–materia y afecta al diseño de dispositivos magneto-ópticos.
💡¿Qué es el efecto Faraday inverso (IFE)?
Es el proceso por el cual un haz de luz circularmente polarizada induce magnetización en un material. Este trabajo muestra que el IFE y el efecto Faraday directo no son recíprocos.
💡¿Qué aplicaciones podría tener este hallazgo?
Desde nuevas técnicas de control magnético con luz hasta mejoras en aisladores ópticos, espintrónica ultrarrápida y tecnologías láser.
Fuente: Assouline, B., Capua, A. Faraday effects emerging from the optical magnetic field. Scientific Reports (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-24492-9
