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

Projekt Akademie věd má zajistit peníze výzkumu a vynálezy veřejnosti

Nově vznikající dceřiná akciová společnost Akademie věd ČR (AV ČR) má za cíl propojit výzkum s investory. Společnost je plně v rukou ústavů AV ČR, oznámil předseda Akademie Radomír Pánek. Základem bude inkubační program, který propojí vědecké týmy se strategickými partnery. Program je zaměřen na komplexní přípravu vzniku nových start-upů.
před 7 hhodinami

Roje AI mohou rozvrátit demokracie, varují výzkumníci

Schopnosti umělých inteligencí (AI) mohou být rizikem mnoha různými způsoby. Na novou hrozbu pro samotnou podstatu demokracie teď upozornila skupina německých vědců. Roje AI agentů by mohly zaplavit komunikační platformy a cíleně měnit náladu v zasažených zemích, tvrdí výzkumníci v rozhovoru pro ČT24.
před 8 hhodinami

Čínské AI modely vykradly ty americké, zlobí se firma

Umělé inteligence (AI) vznikly mnohdy na základě toho, že jejich provozovatelé je trénovali na nelegálně získaných datech. Tato praktika funguje dál a cílí na samotné modely AI. Vývojáři společnosti Anthropic tento týden upozornili, že tři čínské společnosti zabývající se umělou inteligencí „nelegálně získaly“ schopnosti modelu Claude. Ten je považovaný za jednu z nejvyspělejších AI současnosti.
před 11 hhodinami

Přichází jaro v zimě. Teploty se mohou přiblížit osmnácti stupňům

Po týdnech, kdy člověk na obloze nezahlédl Slunce a z nebe padal sníh nebo déšť, se počasí nad Evropou v posledním únorovém týdnu dramaticky mění. Velká část kontinentu už zažívá nebo zažije teplotně výrazně nadprůměrné dny a také velkou oblačnost v mnoha oblastech vystřídá slunečnější ráz počasí. V některých oblastech teplota letos poprvé dokonce dosáhne nebo přesáhne hranici dvaceti stupňů. Závěr klimatologické zimy tak přinese poměrně výraznou ochutnávku pravého jara.
před 14 hhodinami

Vědci se domnívají, že našli prastarého předchůdce písma

První písmo podle učebnic dějepisu vzniklo na Blízkém východě, někdy kolem roku 3400 před naším letopočtem. Němečtí vědci ze Saarlandské univerzity teď ale tvrdí, že našli důkazy o tom, že historie písma je mnohem, mnohem starší. Možná dokonce o desítky tisíc let.
včera v 14:25

USA se na Trumpův pokyn vrací ke glyfosátu. Ministr Kennedy otočil

Prezident Donald Trump minulý týden vydal exekutivní příkaz, kterým se rozhodl podpořit domácí produkci fosforu a herbicidu glyfosátu. Chemikálii řada organizací viní z negativních dopadů na lidské zdraví, i kvůli možnému riziku rakoviny. Aktivně proti ní v minulosti vystupoval i současný ministr zdravotnictví Robert F. Kennedy mladší. Ve vládním angažmá otočil s tím, že na glyfosátu je závislé americké zemědělství.
včera v 12:24

Bouba a kiki fungují i u kuřat. Vědci boří jeden z pilířů jazykovědy

Nový výzkum italských psychologů zjistil, že jedno z univerzálních pravidel v lidském jazyce zřejmě nemá nic společného s řečí. Funguje totiž také u kuřat, která od lidí dělí tři sta milionů let evoluce.
včera v 10:55

Před 70 lety padla Stalinova modla. Pomohl k tomu ze záhrobí i Lenin

Takzvaná „Fronta na maso“ – monumentální Stalinův pomník na pražské Letné – stál na místě necelý rok, když se nad jeho existencí už začaly stahovat mraky. Před 70 lety totiž začal XX. sjezd Komunistické strany Sovětského svazu. Tehdejší první tajemník Nikita Chruščov na něm poprvé veřejně odsoudil Stalinovy zločiny a vytváření jeho kultu osobnosti. Projev byl tajný, brzo se ale dostal do světa. A Stalinova sláva začala uvadat. Příslib společenského uvolnění ale Sověti následně rázně utnuli.
včera v 07:00
Načítání...