Свет обладает не только энергией и импульсом, но и собственным моментом импульса — спином, связанным с поляризацией. Учёные из Университета ИТМО, Харбинского инженерного университета и канадского Университета Квин обнаружили, что его движение напоминает покачивание оси вращающейся юлы. Важно отметить, что это не означает, что отдельный фотон вращается как шарик: меняется направление спинового момента самого электромагнитного поля.
У электрона направление спина меняет магнитное поле, описывая конус. Это явление называется прецессией. Однако фотоны не имеют собственного магнитного момента, поэтому традиционный механизм здесь не применим. Физики нашли способ создать аналогичную динамику без внешнего магнита.
Они разработали модель, объединив две световые волны с различной поляризацией и немного отличающимися частотами, которые распространяются перпендикулярно друг другу. В результате спиновый момент электромагнитного поля движется по конусообразной траектории. Роль «магнитного поля» в этом случае выполняет сама конфигурация волн, а скорость прецессии зависит от разницы частот.
При близких частотах спин движется плавно и медленно. Если разница увеличивается, к основному вращению добавляются быстрые колебания: вектор не только описывает конус, но и покачивается на нём. Исследователи сравнивают это с юлой, которая не только вращается, но и качается.
Это исследование пока остаётся теоретическим: речь идёт о математической модели и расчётах, а не о готовой технологии или экспериментальной демонстрации. Статья под названием «Optical spin precession» была опубликована в журнале Physical Review B 2 сентября 2026 года и удостоена отметки Editors’ Suggestion. Работа поддержана Российским научным фондом.
Результаты могут быть полезны для оптической спинтроники. В традиционной спинтронике информация связана со спином электронов, в то время как оптическая спинтроника предполагает передачу и обработку данных с помощью света. До практического применения ещё далеко, но учёные открыли новый способ описания и потенциального управления спиновой динамикой электромагнитного поля. Это пока не новый канал связи, а основа, которую предстоит проверить экспериментально и освоить.
О том, как свет научились формировать в виде тонкой «оптической иглы», мы рассказывали ранее.
