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
Najbrutálnejší seriál súčasnosti sa ukazuje v prvom videu. Nešetrí krvou ani humorom
Nemeckí tankisti bojujú proti ruským vojskám. Vojnový film ukazuje temnú stránku Wehrmachtu
Herný trh sa opäť otriasa v základoch. Sony chystá krok, s ktorým nikto nepočítal
Hawking mal pravdu, desivý jav zničí celý vesmír. Objav ale ukazuje čosi nevídané
300-ročný meteorit nechal vedcov v nemom úžase. Skrýval „zázračný materiál“, aký fyzika nepoznala
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP
MIMORIADNE: Z mosta nad obchvatom spadlo mladé dievča. Zasahuje zachranársky vrtuľník
Muž zaútočil káblom na farára. Zabarikádoval sa doma, zasahujú vyjednávači
Zrážka vlaku s autom: Muži z vozidla zmizli, zasahujú všetky zložky
LIVE z Úradu vlády: Fico obviňuje Britániu z ovplyvňovania volieb na Slovensku
Neurológ búra mýty o kortizole: Ak ho správne načasuješ, dodá ti energiu a „nakopne“ imunitný systém
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- Zmeny v STK zaskočili Slovákov. Vysoké pokuty hrozia aj tým, ktorí auto už nemajú (PREHĽAD)
- Vojenskí experti prišli s víťazným plánom: Nad Ukrajinou bude lietať stovka európskych stíhačiek
- 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
- 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)
- Vojenskí experti prišli s víťazným plánom: Nad Ukrajinou bude lietať stovka európskych stíhačiek
- 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
-
- Zmeny v STK zaskočili Slovákov. Vysoké pokuty hrozia aj tým, ktorí auto už nemajú (PREHĽAD)
- Slováci sa zamilovali. Tieto pneumatiky sú absolútnym hitom, vodiči rozmýšľajú logicky
- Európa má konečne plán. Našla svoju tajnú zbraň, Nórsko a Grónsko nám pomôžu k sebestačnosti
- Najprekliatejší film histórie? Tragédia, pri ktorej zomreli dve deti a hercovi odťalo hlavu, šokuje dodnes
- Nasadili vrták s extrémnym výkonom. Čína buduje najväčší tunel sveta, razí ho rekordnou rýchlosťou
Veľká novinka pre majiteľov smart hodiniek. Najväčší operátor prichádza s užitočnou funkciou
EÚ zaskočila svet. Nečakaná krajina môže cez Rusko vyvážať uhlie napriek sankciám
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
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP