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

Mise Artemis překonala rekordní vzdálenost lidí od Země

Posádka mise Artemis II zlomila dosavadní rekord v největší dosažené vzdálenosti lidí od Země. Potvrdil to americký Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA). Čtyři astronauti v kosmické lodi Orion v pondělí překonali hranici 400 171 kilometrů od Země, kam se dostala posádka mise Apollo 13 v roce 1970. Maximální vzdálenosti od Země dosáhla posádka mise Artemis II v noci na úterý – dle NASA šlo o 406 771 kilometrů.
včeraAktualizovánopřed 26 mminutami

VideoŽák, noty a umělá inteligence. Hru na hudební nástroje už učí i AI

Zapojení umělé inteligence do výuky hry na hudební nástroj je tu. Ve světové konkurenci se uchytila i tuzemská aplikace. Lekce dává od loňska. Nejvíc uživatelů má ve Spojených státech, hned poté v Česku. Aplikace vychází z populárního formátu videohry Guitar Hero, kde tóny padají jakoby seshora a naznačují tak prstoklad v reálném čase.
5. 4. 2026

VideoOdborníci monitorují pohyb vlků na Broumovsku pomocí GPS

V oblasti Broumovska se v současnosti pohybují dva vlci s telemetrickými obojky. Ochránci přírody tak chtějí sledovat jejich trasy i to, jak blízko se přibližují k lidským obydlím. Nedávno se šelmy dostaly i do těsné blízkosti člověka. Odborníci teď pomocí GPS monitorují jejich pohyb. A vzkazují lidem, aby z vlků neměli strach, protože od jejich návratu do tuzemské přírody jejich vyloženě agresivní chování zaznamenáno nebylo. Už v lednu také na Broumovsku dobrovolníci vlky sčítali – ukázalo se, že na širším území zahrnujícím i Polsko žijí tři smečky a kolem 25 jedinců.
4. 4. 2026

Archeologové v Kodani objevili vrak lodi. Před 225 lety ji potopili Britové

Mořští archeologové objevili na dně kodaňského přístavu dánskou válečnou loď Dannebroge, kterou před 225 lety potopila britská flotila v čele s viceadmirálem Horatiem Nelsonem. Našli tam dvě děla, uniformy, odznaky, boty, lahve a dokonce i část dolní čelisti námořníka, možná jednoho z devatenácti pohřešovaných členů posádky, kteří tehdy nejspíše přišli o život, napsala agentura AP.
3. 4. 2026

Na Velikonoce přichází jaro. V minulosti byly tropické i mrazivé

Velikonoce jsou díky dvěma svátkům a jednomu dni velikonočních prázdnin obdobím, kdy většina Čechů velmi ostře sleduje počasí. Často se sice nazývají „svátky jara“, ale nejen vzhledem ke svému pohyblivému kalendářnímu ukotvení můžou nabídnout velmi pestré podoby počasí. V letošním roce se zřejmě označení svátků jara naplní, počasí totiž bude opravdu jarní.
3. 4. 2026

Orion se čtyřmi astronauty míří k Měsíci

Raketa Space Launch System s lodí Orion odstartovala ve čtvrtek v 0:35 středoevropského času na misi Artemis II, jejímž cílem je průlet lodi s posádkou kolem Měsíce, což lidstvo učiní poprvé od roku 1972. Raketa vzletěla z Kennedyho vesmírného střediska na Floridě a vynesla loď se čtyřmi astronauty na oběžnou dráhu, kde se Orion oddělil a pokračuje k Měsíci, který obletí ve vzdálenosti 7400 kilometrů. Na Zemi se vrátí po téměř deseti dnech v kosmu.
2. 4. 2026

Artemis II odstartovala na cestu k obletu Měsíce

Několik let připravovaná mise Artemis II půl hodiny po půlnoci odstartovala, cílem je průlet lodi s posádkou kolem Měsíce, což lidstvo učiní poprvé od roku 1972. Hlavním plánem programu Artemis je pak návrat astronautů na Měsíc, což je nyní plánováno na rok 2028.
1. 4. 2026Aktualizováno2. 4. 2026

Návrat Evropy k jádru může být trnitý a nahrát Rusku

Ruská invaze na Ukrajinu a v současnosti i blízkovýchodní válka oživily v Evropě kvůli prudkému zdražování energií zájem o jádro. Evropská komise chce podpořit investice a budování malých modulárních reaktorů. Jde ale o běh na dlouhou trať. Po cestě navíc hrozí posílení závislosti na ruských zdrojích i protesty veřejnosti. Kvůli zablokovanému Hormuzskému průlivu mění energetickou strategii také některé asijské země.
2. 4. 2026Aktualizováno2. 4. 2026
Načítání...