Международная команда ученых обнаружила еще один сюрприз, заготовленный научному миру и без того удивительным материалом, графеном. Оказывается, всего лишь один лист этого материала в магнитном поле позволяет вращать поляризацию света почти на 6 градусов, что в десять раз превышает теоретические предсказания для данного явления.

Факт вращения плоскости поляризации света при прохождении электромагнитной волны через материал, находящийся во внешнем магнитном поле, – явление не новое. Данное явление было известно достаточно давно. Ранее на него ссылались чаще всего при объяснении феномена существования различной скорости распространения в некоторых веществах электромагнитных волн с правой или левой круговой поляризацией. Интерпретировать это явление можно следующим образом: когда линейно-поляризованный свет проходит через такой материал, различные его компоненты имеют разные скорости распространения. После сложения этих компонент поляризация результирующей волны поворачивается на определенный угол.

Известно, что фарадеевский угол (угол, на который вращается поляризация электромагнитной волны) пропорционален толщине материала, через который проходит свет. Таким образом, графен, обладающий толщиной всего в один атом углерода, преподнес ученым очередной сюрприз.

Как известно, графен представляет собой двумерные листы атомов углерода, образующих гексагональную кристаллическую решетку. Эксперименты нескольких групп ученых из разных стран показали, что эффект вращения поляризации света достигает в этом материале 0.1 радиана (т.е. примерно 6 градусов). Данный результат был получен в рамках изучения квантового эффекта Холла в графене.

Исследования проводились путем пропускания через лист графена линейно поляризованного инфракрасного излучения. Для его получения использовался поляризационный фильтр. После пластинки графена устанавливался второй поляризационный фильтр (размещаемый перпендикулярно). Таким образом, если бы при прохождении через графен поляризация волны не была повернута, через всю экспериментальную установку не должно было бы пройти никакого излучения. Но, т.к. вращение происходило, часть излучения попадала на датчик. Угол, на который требуется повернуть второй поляризатор, чтобы полностью «выключить» проходящий свет, очевидно, равняется искомому углу Фарадея.

Стоит отметить, что ученые действительно ожидали увидеть описанный эффект на практике, но предполагали его величину не более 0.01 радиана. Обнаруженная способность вращения поляризации явилась настоящим сюрпризом для ученых, ведь столь большой угол фарадея свойственен обычно более толстым материалам. Предположительно «виновны» в этом свободные носители тока в графене, поведение которых похоже на релятивистские частицы, не имеющие массы покоя. При «включении» в таком материале внешнего электрического поля электроны ведут себя совсем не так, как в других веществах, что и приводит к увеличению фарадеевского угла.

Ученые предполагают, что обнаруженное явление может в будущем стать основой для нового типа электронных компонент, «переключающих» свойства света при помощи электрического и магнитного полей. Самый простой пример такого устройства – оптический диод (или так называемый фарадеевский диод), не существующий на сегодняшний день для инфракрасного диапазона.