Jaarboek no. 89. 2010/2011 - Koninklijke Maatschappij voor ...

Magneten schakelen met de snelheid van licht
Prof.dr. Th.H.M. Rasing
Institute for Molecules and Materials, Radboud Universiteit, Nijmegen
De invloed van magnetisme op licht is welbekend:
Faraday bepaalde reeds in 1845 hoe de polarisatie
van licht gedraaid werd bij de transmissie door een
stuk glas geplaatst in een magneetveld. Het omgekeerde
zou dan ook mogelijk moeten zijn: met licht
de magnetisatie veranderen. Femtoseconde laserpulsen
geven niet alleen deze mogelijkheid, maar
ook het actief manipuleren en controleren van
magnetisme en zelfs het ompolen van een magneet
op extreem korte tijdschaal. Recent onderzoek laat
zien dat zulke extreem korte pulsen het mogelijk
maken om magnetische ordening te bestuderen op
een tijdschaal die sneller is dan de magnetische interactietijd,
hetgeen een nieuw hoofdstuk opent voor
het begrip van magnetisme en ook geheel nieuwe
toepassingsmogelijkheden kan opleveren voor ultrasnelle
manipulatie van informatie.
Licht is een fascinerend verschijnsel: het relatief
kleine stukje van het spectrum van elektromagnetische
golven dat we aanduiden met zichtbaar licht,
maakt het mogelijk om de wereld om ons heen in
al zijn kleurenpracht te aanschouwen. De blauwe
lucht, de rode gloed van de ondergaande zon of het
palet van een regenboog: een fysicus kan hier niet
alleen van genieten, maar kan dit ook nog verklaren!
Sterker, hij kan het licht beschrijven in de vorm
van elektromagnetische golven, om op een ander
moment te verklaren dat licht in wezen bestaat
uit deeltjes! Neemt dit iets weg van de magie?
Integendeel, dit maakt het verschijnsel licht, tenminste
in mijn ogen, alleen maar fascinerender.
Magnetisme is een ander verschijnsel dat niet alleen
al sinds millennia bekend is, maar nog steeds tot
de verbeelding spreekt: van het spelen met kleine
kleefmagneetjes, het zweven van een supergelei-
Natuurkundige voordrachten I Nieuwe reeks 89
dende plaat, het opslaan van een duizelingwekkende
hoeveelheid informatie op een harde schijf
tot de ΄magnetische uitstraling΄ die sommige mensen
schijnen te hebben. Deze laatste kwalificatie,
die zonder meer als positief wordt opgevat, brengt
me reeds tot de combinatie van magnetisme en
straling. Een fraai voorbeeld hiervan is het magische
noorderlicht, waar het toch zeer zwakke aardmagneetveld
aanleiding geeft tot spectaculaire lichtverschijnselen.
Niet minder fascinerend was de ontdekking
van Faraday dat de polarisatie van licht draait als
het zich door een gemagnetiseerd medium voortplant
en dat deze draaiing niet alleen van de sterkte
van het veld, maar ook van zijn richting afhangt1 (zie figuur 1). Een halve eeuw later ontdekte Pieter
Zeeman dat het bekende natrium doublet in een
magneetveld opsplitste in een grote hoeveelheid
lijntjes, wat hem, samen met Lorentz, in 1902 de eerste
Nederlandse Nobelprijs in de Natuurkunde opleverde!
2 Deze interactie tussen licht en magnetisme
heeft geleid tot de ontwikkeling van een reeks van
zeer gevoelige magneto-optische spectroscopische
methoden. Met behulp hiervan kan men inzicht
krijgen in magnetische ordening en veranderingen
daarin (faseovergangen) en de relevante interacties
en energieniveaus die hierbij een rol spelen.
Het waren ook twee Nederlanders, de toenmalige
studenten Goudsmit en Uhlenbeck, die met hun
idee van de elektronen-spin de basis legden van
het microscopische begrip van magnetisme. 3 Het
Zeeman effect verklaarde namelijk wel veel van
Lezing gehouden voor de Koninklijke Maatschappij
voor Natuurkunde ‘Diligentia’ te ’s-Gravenhage
op 24 januari 2011
75