Fyzikální čtvrtky

Do našich životů se mimo jiné vetřelo reprodukční číslo. Pokusy politiků vysvětlit novinářům, co vlastně znamená, dovedou být zábavné, ale ruku na srdce: Kdo z nás si opravdu sednul k tabulkovému procesoru (i přestože v něm nejméně jednou měsíčně vyplňujeme formulář, bez kterého by svět obešel) a zkusil si velice primitivně namodelovat epidemii?

Nevadí. Uděláme to spolu.

Teorie dynamických systémů jsou krásnou pokročilou partií fyziky, která pracuje na vyšší úrovni abstrakce a určitě stojí za to si ji připomenout na příkladech ze života. Našeho, změněného, aktuálního.

Otázka zdali sebe nechat čí nenechat naočkovat však není jenom otázkou řízení parametrů soustavy měnící se v čase. V druhé části se budeme věnovat mechanismu vakcinace a to jak na obecné úrovni, tak i u konkrétních vakcín proti SARS-CoV-2.

A když už jsme se takto aktivně postavili k dění, které teď bez nadsázky hýbe světem, je v části třetí na místě se s pokorou zahledět do svého nitra a položit si otázku, jak se vlastně rozhodujeme. Takže nás čeká ještě trochu neurofyziologie a připomenutí, jak je mozek uspořádaný.

Očkování je dobrovolné a rozhodnutí zdali ano či ne opravdu na nás.

Nebo ne?

Odklon od využívání fosilních paliv vyžaduje hledání nových nosičů energie, které budou nezbytné pro dosažení ambiciózního cíle uhlíkově neutrální energetiky. Přestože podíl výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů, především solární a větrné, neustále roste, významnější závislost na těchto zdrojích bude spojena s řešením různých problémů, spojených především s vlivy počasí a geografického umístění na jejich efektivitu. Obtížná regulace produkce elektrické energie z obnovitelných zdrojů vyžaduje hledání způsobu reverzibilního ukládání energie a nových chemických nosičů energie. Zatím se jako nejperspektivnější jeví využití vodíku, a je zřejmé, že vodík bude důležitou součástí energetického mixu budoucnosti. Pokles ceny solární a větrné energie vede k rozvoji výroby „čistého“ vodíku elektrolýzou vody a umožňuje tak ukládání přebytků energie. Energii z vodíku lze zpětně přeměnit ve vodíkovém cyklu na energii elektrickou v palivových článcích, které mohou být jak stacionární, tak mobilní. Mobilní prostředky jsou v podstatě elektrické hybridní systémy, kde je baterie doplněna vodíkovou nabíječkou. Vodík se uplatňuje v manipulační technice, bude využit v elektrickém letectví, kamionové a lodní dopravě. Vodík jako nosič energie má výhodu rychlého čerpání a rovněž delšího dojezdu.
Vodíková budoucnost je neoddělitelně spojena s využitím baterií a hybridní systémy budou tím víc nezbytné, čím větší spotřebu bude mít dané zařízení.

Rizika nanotechnologií
Nanomateriály jsou široce využívány v mnoha odvětvích průmyslu, v lékařství, potravinářství, i v běžném spotřebním zboží. I když je lidský organismus v pravidelném kontaktu s nanočásticemi (NP) různé povahy, dopady jejich působení na lidské zdraví nejsou systematicky hodnoceny. S ohledem na specifické fyzikálně-chemické vlastnosti mají přitom NP potenciál způsobovat poškození biologického materiálu, a tím zvyšovat riziko vzniku řady onemocnění. Cílem přednášky je seznámit posluchače s mechanismy negativních biologických účinků NP a přiblížit metody, které jsou pro analýzu těchto dopadů využívány. Přednáška bude doplněna konkrétními výsledky, které byly získány v rámci řešených projektů v Ústavu experimentální medicíny AV ČR, v.v.i.

V této přednášce bude stručně popsán princip epitaxního růstu z hlediska přípravy polovodičových nano-hetero-struktur, jmenovitě kvantových jam (QWs) a kvantových teček (QDs), které se připravovaly i na našem pracovišti v posledních 30 letech.

Vlastnosti některých typů součástek, v nichž se používají QWs a QDs budou popsány. Konkrétně se jedná o rezonanční tunelové diody s QWs, telekomunikační QD lasery, QD jedno-fotonové zdroje, QD jedno-elektronové tranzistory, kvantové kaskádové lasery ve srovnání s heterostrukturními lasery druhého typu s pásovou strukturou tvaru W a tandemové fotovoltaické struktury s QWs.
V závěru přednášky bude předveden pokus o věštění, co bude za deset dvacet let.

Jak malý dusíkový atom ovlivňuje v posledních letech polovodičový průmysl.
V posledních pětadvaceti letech pronikly do polovodičového průmyslu tzv. nitridové polovodiče, založené na sloučeninách dusíku s prvky III. skupiny – galliem, indiem a hliníkem. Jejich význam neustále roste a již nyní tyto polovodiče každý den využíváme, aniž bychom si to uvědomovali. Pojďme si ukázat, v čem spočívají výhody těchto polovodičů, kde všude se s nimi setkáváme a pokusme se odhadnout, jaká je jejich budoucnost.

Sonické krystaly jsou periodická uspořádání makroskopických prvků, která modifikují průchod akustických vln obdobně, jako krystalické látky šíření vln optických. Významný je zejména výskyt pásmové zádrže, jejíž parametry lze ladit a kombinovat s dalšími efekty modifikujícími přenos. Budeme se věnovat základním principům fungování sonických krystalů, jejich možným aplikacím a v neposlední řadě tomu, kde všude je lze přirozeně nalézt.

V této přednášce bude nejprve přiblížen zajímavý svět fotonických a plazmonických nanostruktur a jejich interakce s elektromagnetickým zářením, pomocí jednoduchých příkladů a ukázek (plazmony, fotonické krystaly, metamateriály). Pozornost bude dále věnována několika vybraným zajímavým problematikám, kterými jsme se v poslední době teoreticky zabývali v rámci našeho výzkumu, jako např. subvlnovým mřížkovým vlnovodům, využití pokročilých plazmonických struktur pro senzorické aplikace, nelokální rezonanční odezvě plazmonických struktur, možnostem nereciprokého (jednosměrného) chování struktur pomocí magnetooptického jevu, povrchovým plazmonům v grafenu, apod. Závěrem bude pozornost věnována možnostem simulací takovýchto fotonických nanostruktur.

Techniky snímání, při kterých nedochází k narušení biologického prostředí, se v současné době těší značnému zájmu. Nanodiamant je vysoce biokompatibilní nanomateriál, ze kterého je možné připravit nanosensory nesoucí v krystalové mříži různé typy poruch. Centra dusík-vakance (NV) vykazují vysokou fotostabilitu a unikátní citlivost elektronického uspořádání k magnetickému poli. Jejich spinové vlastnosti mohou být snímány opticky, což umožňuje konstrukci sond založených na kvantově-mechanických interakcích. NV centra, pokud jsou zabudovaná v nanodiamantech, mohou být exponována biologickému prostředí a citlivě indikovat procesy související se změnou spinu, probíhající v blízké vzdálenosti of částice. Budou představeny spinově citlivé molekulární převodníky navržené pro “překlad“ přítomnosti konkrétních analytů do selektivního a jednoznačného odečtu např. pH, redoxního potenciálu a koncentrace askorbátu za fyziologických podmínek.

Energetická tranzice EU (Green deal) je primárně politický projekt: vize bezuhlíkové budoucnosti, k níž dojdeme, aniž bychom se příliš zabývali námitkami expertů. Součástí Zeleného údělu jsou společenské změny s obrovskými dopady: ovlivní vztahy mezi výrobci a spotřebiteli (consumer vs prosumer), mezi jedincem a společností (řízení spotřeby), mezi státy (co udělají ropní exportéři, až přijdou o většinu svých příjmů?) i mezi společenskými systémy (individualistický Západ vs kolektivistické režimy). Jakou roli mají exaktní vědy – nejen fyzika – při rozhodování o těchto zásadních otázkách?