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
AI posadili do rakety a ostali ohromení. Takýto výsledok nečakali, v teste takmer ovládla vesmír
Vedci ostali bez slov: Vo vesmíre objavili záhadný druh čiernych dier, aké svet ešte nevidel
Lietadlá súdneho dňa majú len dve krajiny. Rusko ich rozkráda, v USA chátrajú
Nový Predátor aj vojnový veľkofilm. Toto sú najlepšie akčné film súčasnosti na Netflixe a ďalších
Tvoje rozhodnutie môže zničiť svet. Temné RPG s nebezpečnou nákazou ťa priklincuje ku stoličke
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP
KVÍZ 8 z 10 Slovákov pohorí už na druhej otázke: Dokáž, že patríš k elite a zvládneš náročnú výzvu z biológie
Tragický incident na známom letisku: Muža vtiahlo do motora lietadla
Európsky turistický raj čelí invázii škodcov: „Nasťahovali sa nám sem krysy a šváby,“ opisuje miestna obyvateľka
Hromadná nehoda šiestich áut paralyzovala dopravu. Zasahujú všetky záchranné zložky
Výživový poklad za pár centov: Nenápadná potravina z tvojej špajzy prospieva srdcu, mozgu a imunite
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- V Európe sa vylodili tisícky čínskych elektromobilov. Doviezla ich obrovská loď so šokujúcim pohonom a výkonom
- Západ nič také nemá. „Spojenec“ Ruska nasadí laser na stíhačky budúcnosti, rakety po ňom „slepnú“
- Rusi zúfalo zháňajú peniaze. Ázijskému štátu ponúkajú svoje najmodernejšie zbrane, má to háčik
- Slovensko čaká najväčšia dopravná novela za roky. Nový zákon udrie na cestných pirátov aj e-kolobežky (PREHĽAD)
- Európsky štát odštartoval jadrovú revolúciu. Urán pochovaný, prichádza lacná elektrina pre všetkých
-
- Rusi ani netušili, čo im zlikvidovalo najdrahší systém. Ukrajina použila zbraň, akú svet ešte nevidel
- V Európe sa vylodili tisícky čínskych elektromobilov. Doviezla ich obrovská loď so šokujúcim pohonom a výkonom
- Do Ameriky doletí za 90 minút. Prelomové lietadlo v prvých testoch všetkých prekvapilo
- Čína oživila zabudnutý technologický skvost Sovietov. Unikli zábery lietadla, aké svet nevidel roky
- Rusi zúfalo zháňajú peniaze. Ázijskému štátu ponúkajú svoje najmodernejšie zbrane, má to háčik
-
- Rusi ani netušili, čo im zlikvidovalo najdrahší systém. Ukrajina použila zbraň, akú svet ešte nevidel
- Európa do neho investovala miliardy eur, teraz ho ľudia nechcú. Predaj energetického zariadenia prudko klesol
- V Európe sa vylodili tisícky čínskych elektromobilov. Doviezla ich obrovská loď so šokujúcim pohonom a výkonom
- Nemci sa zbláznili do energetického grálu. Elektrinu im vyrába zadarmo, sieti dodali 60 miliónov MWh
- Rusom padla sánka. Jedna z najlepších stíhačiek USA dostane vlastnú „armádu dronov”
Zúfalstvo v ruskej armáde: Do boja posielajú zaprášené tanky, ktoré si pamätajú Brežneva
Európska krajina investovala do ekologických riešení 41 miliárd eur, obeť štátnych dotácií padla
Kritické suroviny pre high-tech odvetia narazili na vážny problém. Môže zaň Čína, bude horšie
Slováci prepadli pri výbere auta novému trendu. Čísla hovoria za všetko, pozor však na riziká
AI pretransformuje spoločnosť, tvrdí odborník. Varuje pred kľúčovou chybou, ktorú robíme
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP