Čeští vědci přišli na to, jak nahradit nanotechnologii bramborovým škrobem

Obyčejný bramborový škrob svými optickými vlastnostmi předčí i nanomateriály. Škrobové zrno díky své struktuře funguje jako mikročočka, která dokáže optický svazek současně zaostřit, změnit jeho polarizaci a ještě ho roztočit do světelného víru, zjistili vědci z Vysokého učení technického v Brně (VUT) a Univerzity Palackého v Olomouci.

Z fyzikálního hlediska škrob provádí něco, čemu vědci říkají spin-orbitální konverze světla, což je proces, jak se doslova otáčí světlo. Až doposud to bylo možné jenom s pomocí pokročilých nanotechnologií. Díky českým vědcům to teď bude možné i s obyčejným škrobem. Objevený mechanismus rozšiřuje možnosti pro ovládání světla a je využitelný pro senzory nové generace, přenos informací nebo kvantové počítače, vysvětlují vědci ze zmíněných institucí.

„Náš zájem o škrob vzbudily běžně dostupné snímky z polarizačního mikroskopu, ve kterých obrazy jednotlivých zrn připomínají svým tvarem maltézský kříž. Už dlouho se ví, že tyto obrazce vznikají v důsledku zvláštního vnitřního uspořádání škrobových zrn. My jsme se ale zaměřili na plnou optickou odezvu těchto zrn a tušili jsme, že může souviset s originálním způsobem změny polarizační rotace elektrického pole na vířivý pohyb elektromagnetické energie,“ uvedl fyzik Petr Bouchal z VUT, který s výzkumem začal.

Spin-orbitální konverze světla je jev, při kterém se mění typ „momentu hybnosti“ fotonu mezi dvěma formami: spinový moment hybnosti (spojený s polarizací světla) a orbitální moment hybnosti (spojený s tvarem a „zakroucením“ vlnoplochy). Zjednodušeně řečeno, světlo může být polarizováno například doleva nebo doprava (to je spin), a také může mít vlnoplochu stočenou do spirály jako šroubovici (to je orbitální moment). Při spin-orbitální konverzi se tedy část „točení“ světla z jeho polarizace přenese do zakroucení jeho paprsku, nebo naopak.

Kvůli plnému pochopení efektů museli vědci provést optický popis vnitřní struktury škrobového zrna. Tvoří ji přibližně kulovité slupky, jaké má například cibule. Obsahují však pravidelně uspořádané paprskovité lamely.

Bramborový škrob jako čočka

„Zrno ovlivňuje světlo zvláštním způsobem. Mění optickou dráhu světla podobně jako běžná čočka, navíc ho ale tvaruje díky efektům souvisejícím se změnou polarizačního stavu světla způsobenou lamelami mířícími do středu zrna. Experimentálně prokázat souhru obou současně probíhajících efektů bylo mimořádně náročné,“ doplnil Bouchal.

Vědci se také pokusili vytvořit senzor pro polarizační měření stavu světla dopadajícího na zrno. „Přestože tvarová nesourodost přírodních škrobových zrn znemožnila provedení experimentů v původně zamýšleném rozsahu, funkční princip senzoru se podařilo jednoznačně prokázat,“ doplnil fyzik Petr Viewegh.

K výzkumu skupiny vědců z VUT se připojil Zdeněk Bouchal z Univerzity Palackého v Olomouci, jenž vytvořil teoretický rámec experimentů a provedl potřebné výpočty. Výsledkem spolupráce je článek v časopise Advanced Optical Materials. Vědci plánují další výzkum, chtějí vytvořit umělé struktury, které napodobí optickou odezvu škrobových zrn.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Smrt českého krále i další turecká expanze. Bitva u Moháče zásadně ovlivnila dějiny

Na konci srpna 1526 se nedaleko dolnouherského města Moháč odehrála bitva, jejíž výsledek na dlouhá staletí ovlivnil dějiny střední Evropy. Síly osmanského sultána Sulejmana I. Nádherného totiž drtivě porazily oddíly česko-uherského krále Ludvíka Jagellonského, což Turkům mimo jiné otevřelo cestu k ohrožování středoevropského prostoru. Krátce po bitvě navíc zemřel král Ludvík, jehož smrt znamenala vymření česko-uherské větve Jagellonců a následně i mocenský vzestup Habsburků.
před 8 hhodinami

Německé letiště se potýká s malárií

Dosavadní dopad ohniska malárie, které se objevilo na frankfurtském letišti v Německu, čítá šest nakažených a dva mrtvé. Epidemiologové se pokoušejí přijít na to, jak se nákaza na místě rozšířila.
včera v 14:42

Ruští vyděrači obelhali agenta AI. Ten pro ně napadl několik firem

Varování expertů na internetovou bezpečnost se vyplnila. Agentura Reuters popsala, jak skupina rusky hovořících zločinců zneužila komerčně dostupný model agentské umělé inteligence (AI) k útoku na řadu zahraničních společností.
včera v 11:42

Letošní hurikánová sezona je zatím bez hurikánů. Meteorolog vysvětluje proč

Tropický Atlantik je na konci srpna nezvykle klidný. Od začátku letošní hurikánové sezony se v něm vytvořily pouze tři pojmenované tropické bouře – Arthur, Bertha a Cristobal – a ani jedna z nich nedosáhla síly hurikánu. Z hlediska celkové energie tropických cyklon je letošní začátek sezony dokonce nejslabší za téměř čtyři desetiletí. Přitom zrovna přichází období, kdy by měl tropický Atlantik začít naopak naplno ožívat. Co se v Atlantiku letos děje?
včera v 10:37

Podívejte se na fotky částečného zatmění Měsíce

Na noční obloze nad značnou částí Evropy se v pátek nad ránem dalo pozorovat téměř úplné zatmění Měsíce. K tomuto jevu dochází, když se Země ocitne mezi Sluncem a Měsícem a vrhá svůj stín na Měsíc.
včera v 08:20

Ve Španělsku ukradli druhý největší pravěký zlatý poklad Evropy

Na jihovýchodě Španělska v regionu Valencie ve čtvrtek časně ráno zloději ukradli soubor artefaktů považovaných za jednu z nejcennějších sbírek zlatých předmětů z doby bronzové v Evropě, informuje agentura AFP a místní média. Zatím není zcela jasné, jak velkou část tohoto takzvaného Pokladu z Villeny zloději ukradli.
27. 8. 2026

Katastrofu v Nepálu způsobil kolaps ledovce, přispěla i změna klimatu

Hlavní příčinou ničivé povodňové vlny, která v Nepálu připravila o život stovky lidí, je kolaps ledovce, na který se zřítil obrovský skalní masiv. Záchranáři dál pátrají po pohřešovaných, mezi nimiž jsou občané více než třiceti zemí.
27. 8. 2026

Proč jsou alpské sesuvy stále intenzivnější a nepředvídatelnější

Vysoko v horách může náhlý liják během několika minut proměnit klidný svah nebo údolí v bouřlivou řeku bahna a kamenů. A podle předpovědí budou tyto intenzivní lijáky stále častější. Ředitel nového švýcarského výzkumného ústavu zabývajícího se horskými riziky hovořil s portálem Swissinfo o tom, jak klimatická krize mění povahu rizik v Alpách.
27. 8. 2026

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.