Americkí vedci simulovali nemožné. Sledovali desaťtisíce elektrónov naraz, vylepšia fotovoltiku
Vedci zo Spojených štátov amerických dokázali to, čo bolo doteraz v oblasti kvantových simulácií len veľmi ťažko predstaviteľné. Vytvorili model, ktorý dokáže v reálnom čase sledovať pohyb desiatok tisíc elektrónov v materiáloch.
Prelomový výskum vznikol v spolupráci medzi Oak Ridge National Laboratory (ORNL) a North Carolina State University (NCSU) a ponúka jedinečný pohľad na dynamiku elektrónov mimo rovnovážneho stavu, čo má obrovský potenciál pre vývoj nových technológií ako sú pokročilé fotovoltaické články či kvantové informačné systémy.
Zvládnu ich len tie najlepšie počítače
Celý projekt stojí na metóde známej ako RT-TDDFT – real-time, time-dependent density functional theory. Ide o kvantovo-mechanický nástroj, ktorý umožňuje simulovať, ako sa elektróny v materiáli správajú, keď sú vystavené vonkajšiemu podnetu, napríklad záblesku svetla. Výskumníci v článku publikovanom v Journal of Chemical Theory and Computation predstavili rozšírenie tejto metódy v rámci open-source kódu Real-space Multigrid (RMG), ktorý je schopný modelovať systémy až s 24-tisíc elektrónmi. Pre predstavu, ide o množstvo zodpovedajúce približne 4 000 atómom uhlíka alebo 2 400 molekulám vody.
„Ide o niečo ako spomalený záznam, ktorý sleduje každý jednotlivý elektrón v maličkom kúsku kovu, ako reaguje na svetelný záblesk – ale na kvantovej úrovni a v extrémnom detaile,“ uviedol hlavný výskumník ORNL Jacek Jakowski. Výpočty sú natoľko náročné, že ich zvládnu len tie najvýkonnejšie superpočítače na svete. No práve vďaka tejto úrovni presnosti dokážu vedci predpovedať, ako sa nové materiály budú správať, čo by mohlo viesť k účinnejším solárnym panelom, rýchlejším počítačom a kvalitnejším kvantovým technológiám.
Veľký prínos
Jedným z najväčších prínosov tejto práce je možnosť sledovať a pochopiť, ako sa tisíce elektrónov v materiáloch pohybujú, keď sú vyvedené z rovnováhy. Tieto tzv. nonequilibrium dynamiky sú kľúčové pre vývoj materiálov s jedinečnými vlastnosťami. Výskum sa však neobmedzuje len na organické molekuly.
Metóda bola úspešne použitá aj na veľké kovové nanočastice, teda materiály, ktoré majú aspoň jednu dimenziu v rozsahu 1 až 100 nanometrov. Práve tieto nanočastice majú špecifické optické vlastnosti spôsobené interakciou elektrónov so svetlom, čo je pre vedcov nesmierne dôležité pri navrhovaní nových technológií.
„Tieto vývojové pokroky sú sľubné pre vytváranie nových zariadení s prispôsobenými elektronickými, optickými a magnetickými vlastnosťami,“ zdôraznil profesor Bernholc z NCSU. Nová metóda totiž vedcom dáva možnosť nielen modelovať existujúce materiály, ale aj navrhovať úplne nové s konkrétnymi vlastnosťami, čo zásadne urýchľuje experimentálny výskum a otvára dvere k objavom v oblastiach ako spintronika či kvantová informačná veda.
Ďalšími krokmi výskumného tímu budú simulácie ešte zložitejších scenárov, ktoré by mohli odhaliť nové javy v kvantových systémoch. Rovnako plánujú zvyšovať presnosť a efektivitu svojej metódy, aby zvládli ešte rozsiahlejšie a zložitejšie simulácie a tým pokračovali v posúvaní hraníc toho, čo je možné v kvantovej simulácii dosiahnuť.
Čítajte viac z kategórie: Novinky
Ďakujeme, že čítaš Fontech. V prípade, že máš postreh alebo si našiel v článku chybu, napíš nám na redakcia@fontech.sk.
Teraz čítajú
Nie je to len auto. Obľúbená automobilka ukázala nový elektromobil s geniálnou funkciou
Let na hranicu vesmíru už nebude len pre miliardárov. Balóny od Space Perspective môžu byť revolúciou
Spojenec Západu vylepšil HIMARS desivou zbraňou. Trafila cieľ 480 km ďaleko s extrémnou presnosťou
VIDEO: Prvý trailer na Avatar 3: Fire and Ash je vonku. Z mierumilovných Na’vi sa stáva temná hrozba
Elon Musk priznal, že Tesla narazila na strop. Na pomoc prišiel Samsung s miliardovým obchodom
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP
Ukrajina uzavrela strategickú dohodu: Prvá transbalkánska dodávka plynu je realitou
„Nie sme závislí od grantov a práve to nám mnohí nevedia odpustiť.“ Šéf Film Europe vybudoval biznis mimo sveta Netflixu
Sajfa predal Toldo známemu hráčovi na trhu, slovenský trh pre tento biznis už nestačí
Na Slovensku sú len dve. Prešovská nemocnica zaviedla revolučnú liečbu zeleného zákalu
Trump vraj ponúkol Putinovi časť Ukrajiny, tvrdí rakúska ministerka. Rusko malo ponuku odmietnuť a pokračovať vo vojne
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- Zmeny v STK zaskočili Slovákov. Vysoké pokuty hrozia aj tým, ktorí auto už nemajú (PREHĽAD)
- Žiadna pokuta, rovno ti zoberú vodičák. Tieto činnosti za volantom nikdy nerob (PREHĽAD)
- Ohromne zbohatnú a spasia Európu. Blízko Slovenska našli obrovské ložisko ropy a plynu
- Rusko potichu testuje nebezpečnú zbraň. Robotické tanky idú na front a Západ má dôvod na obavy
- Spojenec Západu vylepšil HIMARS desivou zbraňou. Trafila cieľ 480 km ďaleko s extrémnou presnosťou
-
- Zmeny v STK zaskočili Slovákov. Vysoké pokuty hrozia aj tým, ktorí auto už nemajú (PREHĽAD)
- Žiadna pokuta, rovno ti zoberú vodičák. Tieto činnosti za volantom nikdy nerob (PREHĽAD)
- Vesmír možno práve odhalil svoj najväčší trik. Astronómovia hovoria o objave, ktorý mení učebnice
- Kolaps ľudskej spoločnosti príde nečakane skoro. Vedcov vystrašil počítač s realistickou predpoveďou
- Najprekliatejší film histórie? Tragédia, pri ktorej zomreli dve deti a hercovi odťalo hlavu, šokuje dodnes
-
- Slováci sa zamilovali. Tieto pneumatiky sú absolútnym hitom, vodiči rozmýšľajú logicky
- Prekvapivé zistenia vedcov: Obľúbený nápoj Slovákov obsahuje neviditeľnú hrozbu, o ktorej sme doteraz netušili
- Rusko vyľakalo celý Západ. Multifunkčnou superzbraňou chce dobyť prekvapivú časť sveta
- Ohromne zbohatnú a spasia Európu. Blízko Slovenska našli obrovské ložisko ropy a plynu
- Európska únia opäť zaťala do živého. Chystá návrh, ktorý prinúti časť ľudí kupovať len elektromobily
Audi sa rúti dolu kopcom. Zisk sa prepadol o vyše 37 % a problémy nekončia
Slovensko čelí digitálnej invázii. Týždenne nás napadnú tisíce kyberútokov
Slovensko zažije krvavý Mesiac. Blíži sa veľké úplné zatmenie
Po 50 rokoch čakania to prišlo. Petržalka má konečne svoju električku
Európska raketa, ktorá bude strážiť Zem, vyletela do kozmu. Jej misia je kľúčová pre budúcnosť planéty
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP