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

Evropské řeky zaznamenaly nejnižší letní průtoky za více než 30 let, uvádí Copernicus

Řeky po celé Evropě letos v létě zaznamenaly nejnižší letní průtoky za více než 30 let, uvedla služba Evropské unie pro sledování klimatu Copernicus. Letošní léto se podle ní v Evropě vyznačovalo extrémními vlnami veder a suchy, přičemž na konci sezony rekordních 52 procent kontinentu čelilo velmi silné tepelné zátěži.
před 1 hhodinou

Každý osmý nádor souvisí s infekcí, odhalil rozsáhlý výzkum

Rakovina není vždy jen otázkou genů, věku nebo životního stylu, přestože jsou to nejčastější příčiny. Některým nádorům předchází infekce, proti níž ale už dnes medicína mnohdy umí zasáhnout. To je hlavní závěr rozsáhlého výzkumu, který vydal odborný časopis Lancet Oncology.
před 13 hhodinami

„Probodni, co není chleba.“ AI vícekrát poslechla, robot „útočil“ na panenku

Tým expertů na umělou inteligenci (AI) zadal třem špičkovým robotům poháněným pokročilými modely strojového učení pět úkolů, které by běžný člověk odmítl. Modely ale většinu těchto zadání odmítnout nedokázali a poslušně plnili, co jim bylo zadáno.
před 15 hhodinami

Letošní rok byl pro švýcarské ledovce devastující, uvádí zpráva

Rok 2026 byl pro švýcarské ledovce devastující, roztálo více než pět procent jejich objemu. Ve zprávě zveřejněné ve čtvrtek to uvádějí vědci ze švýcarské glaciologické sítě GLAMOS. V historii měření zaznamenali odborníci větší úbytek než letos jen v roce 2022, kdy odtálo šest procent objemu ledovců.
před 19 hhodinami

Vydavatel: AI nejprve nahradí překladatele a ilustrátory

Šéfredaktor nakladatelství Tänapäev řekl estonskému ERR, že původní rukopisy vytvořené pomocí umělé inteligence (AI) jsou stále vzácné, ale že tato technologie už pronikla do překládání a ilustrací.
před 22 hhodinami

„Věčný“ sníh z vrcholků hor na Nové Guineji může zmizet do dvou let

V indonéské části ostrova Nová Guinea rychle mizí poslední zbytky „věčného sněhu“ z vrcholů hor nedaleko rovníku. Úbytek tamních ledovců je výrazným příkladem dopadů klimatických změn a dle odhadů expertů by tamní ledovce mohly do jednoho až dvou let zmizet úplně. Ještě před sto lety přitom pokrýval sníh a trvalý led všechny čtyři hlavní vrcholy 300 kilometrů dlouhého pohoří Sudirman, napsal server BBC.
30. 9. 2026‌‌

Vláda USA hodlá rozvolnit normy pro efektivitu aut, aby ceny vozů klesly

Americké ministerstvo dopravy oznámilo, že dokončilo předpis, který má zvrátit normy pro efektivitu automobilů schválené za vlády předchozího prezidenta USA Joea Bidena. Současná vláda si od toho slibuje, že cena vozů pro koncové spotřebitele klesne. Část expertů ale varuje, že změny mohou poškodit postavení amerických automobilek na světovém trhu.
30. 9. 2026‌‌

Pravěká svatyně Göbekli Tepe zřejmě nebyla spojená s kultem lebek

Archeologové oznámili, že našli vysvětlení, proč se v nejstarším kamenném sídle světa nacházelo tolik lidských ostatků. Příčina je podle nich mnohem méně romantická než různé kulty smrti, o nichž se spekulovalo.
29. 9. 2026‌‌

Evropský pohled

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