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

Teplotní rekordy hlásí desítky stanic. Sledujte na mapě, jak přibývají

Česko v posledních dnech sevřely mimořádně vysoké teploty. V pátek padl první teplotní rekord už po jedenácté hodině dopoledne, a to na stanici Rýmařov, kde naměřili 30,3 stupně Celsia, což je o desetinu víc, než dosavadní nejvyšší hodnota z roku 1965. Ještě před polednem naměřili další na stanici Luká a vyrovnání loňského rekordu 30,5 stupně Celsia v Protivanově. Do 13. hodiny padly na dvacítce stanic na Moravě, pak začaly přibývat i v Čechách.
11:36Aktualizovánopřed 1 hhodinou

Vlna veder je bezprecedentní. Před půl stoletím by nebyla možná, vinu nese změna klimatu

Téměř v polovině zkoumaných evropských měst už padly absolutní teplotní rekordy, anebo se tam očekává, že padnou. Podle nové analýzy má hlavní roli při současné vlně veder změna klimatu, další možné faktory vědci z Imperial College v Londýně vyloučili.
před 2 hhodinami

Zemřela historička Milena Flodrová, spoluzakladatelka Encyklopedie dějin Brna

V 91 letech ve čtvrtek zemřela historička Milena Flodrová, spoluzakladatelka internetové Encyklopedie dějin Brna. Patřila k nejvýznamnějším znalkyním historie moravské metropole. O jejím místopisu, osobnostech a památkách publikovala desítky knih i odborných článků.
před 3 hhodinami

Dusno jako v prádelně je stále častější

Klimatické změny způsobené člověkem jsou v současnosti hlavním faktorem nebezpečného vlhkého horka po celém světě, což zvyšuje zdravotní rizika pro stovky milionů lidí.
před 4 hhodinami

Nakažená základna přivedla americké letectvo zpět k očkování proti chřipce

V dubnu přestali američtí vojáci mít povinnost nechat se očkovat proti sezonní chřipce. Stačily dva měsíce a jedna základna letectva, kde virus vyřadil přes dvě stovky vojáků, aby letectvo tuto povinnost částečně vrátilo zpět.
před 4 hhodinami

Kvůli vzácným motýlům chtějí ochranáři vykoupit lokalitu v Českém středohoří

Ochránci přírody chtějí vykoupit více než tři hektary pozemků v Českém středohoří. Jde o lokalitu nad obcí Chouč nedaleko Bíliny. Důvodem je ochrana vzácných druhů denních i nočních motýlů a rostlin, které jsou na zdejší prostředí vázané. Podle ochránců je území cenné především tím, že zde přežívají druhy motýlů, které z jiných částí Čech a Moravy postupně mizí.
před 7 hhodinami

Novými drony dokáže Ukrajina útočit hluboko za frontou

Ukrajině se podařilo v posledním půlroce nasadit na frontě nové drony, jejichž schopnosti překvapit ruskou obranu zásadně vzrostly. Létají tak daleko a přesně, jako to dříve uměly jen drahé řízené střely. Drony se staly klíčovou součástí konfliktu, který před více než čtyřmi roky vyvolalo svou plnohodnotnou invazí Rusko.
před 23 hhodinami

Tak intenzivní otřesy nezasáhly oblast Venezuely sto let

Otřesy, které postihly Venezuelu, jsou podle seismologů silnější, než je v této oblasti obvyklé. Doposud není zcela jasné, proč přesáhly magnitudo 7. Možná šlo o část nějakého doposud neznámého cyklu.
včera v 13:44
Načítání...