Úvod
Věda
Planeta země
Historie
Zajímavosti
Lifestyle
Záhady a napětí
Spinové vlny jako klíč k udržitelnější AI

Rostoucí vliv umělé inteligence s sebou nese i obrovské energetické nároky, které zase přinášejí rozsáhlé klimatické výzvy.

Ondřej Wojewoda z CEITEC VUT ve své dizertační práci přináší revoluční řešení: pomocí Mieho rezonancí v dielektrických materiálech vyvinul metodu, která umožňuje efektivní měření krátkých spinových vln běžnou laboratorní technikou.

Ondřejův objev přináší zásadní posun v dostupnosti výzkumu spinových vln, které mají potenciál stát se klíčovou platformou pro energeticky efektivní přenos a zpracování dat s využitím právě v oblasti AI, ale také v medicíně a mechano-biologii.

Enormní energetická náročnost

Umělá inteligence (AI) v posledních letech zažívá mimořádný rozmach a její potenciál zásadně měnit a zefektivňovat lidské činnosti je nepopiratelný. Přelomovým příkladem tohoto vývoje je vznik velkých jazykových modelů (LLM) jako ChatGPT nebo Gemini.

S jejich vzestupem však vyvstává zásadní problém – enormní energetická náročnost, která představuje významnou překážku při plnění globálních klimatických cílů, především z hlediska spotřeby vody – problémem je totiž zahřívání a s tím spojené chlazení infrastruktury, na které je potřeba až litr vody na pouhých několik promptů.

Spinové vlny

Jednou z perspektivních cest ke snížení energetické náročnosti AI, zejména LLM, je přechod od klasické von Neumannovy architektury k novým technologiím využívajícím vlnové systémy.

Spinové vlny se v tomto kontextu jeví jako slibný kandidát – umožňují snadnou integraci do stávajících technologií a poskytují přirozenou nelinearitu, klíčovou pro správné fungování AI (v současných implementacích tuto funkci zajišťují aktivační funkce).

Hlavní výzvou pro implementaci spinových vln do funkčních čipů je však jejich miniaturizace. Krátké spinové vlny s délkami pod 400 nm lze aktuálně měřit pouze pomocí synchrotronů, což je nákladné, časově náročné, a tudíž zpomaluje další vývoj v této oblasti.

Ondřej Wojewoda z CEITEC VUT
Ondřej Wojewoda z CEITEC VUT

Mieho rezonance

Pod vedením Michala Urbánka, vedoucího výzkumné infrastruktury CEITEC Nano, se tomuto problému věnoval v rámci svého doktorátu Ondřej Wojewoda s kolegy.

Ve své dizertační práci vyvinul novou metodologii, která tento problém řeší využitím takzvaných Mieho rezonancí v dielektrických materiálech a umožňuje tyto krátké spinové vlny měřit za pomoci standardního laboratorního vybavení zvaného Brillouinova spektroskopie světla (BLS).

Tato technika otevírá cestu nejen k dalšímu rozvoji spinových vln jako energeticky efektivní technologie pro AI, ale nachází uplatnění i v dalších oblastech.

Díky teoretickému popisu a praktické implementaci Mieho rezonancí má tato technika také potenciál významně přispět k pokroku v medicínských a mechano-biologických aplikacích, kde BLS v současnosti zažívá ohromný rozkvět, například v oblasti včasné diagnostiky očních vad.

„Spinové vlny (magnony) mají potenciál být použity jako nová platforma pro přenos a zpracování dat, protože mohou dosáhnout vlnových délek v rozsahu nanometrů a frekvencí od stovek megahertz až po jednotky terahertz.

Doteď bylo ovšem možné zobrazovat spinové vlny s vlnovými délkami pod difrakčním limitem světla pouze pomocí rentgenové mikroskopie s použitím velkých urychlovačů částic,“ vysvětluje Ondřej Wojewoda kontext svojí práce.

V Evropě jsou například synchrotronové urychlovače schopné měřit spinové vlny jen na dvou místech – Berlíně a Zürichu. Toto omezení razantně zpomaluje a zdražuje výzkum a vývoj zařízení založených na spinových vlnách.

Během svého doktorského studia proto Ondřej Wojewoda hledal možnosti, jak tento problém překonat.

Ondřej Wojewoda z CEITEC VUT
Ondřej Wojewoda z CEITEC VUT

Křemíkový bordel

„Využitím Mieho rezonancí v dielektrických strukturách můžeme měřit spinové vlny se srovnatelnými vlnovými délkami pomocí standardní optické sestavy určené pro měření mikroskopie Brillouinova rozptylu světla,“ uvádí Wojewoda.

Celý proces studoval na silikonovém disku umístěném na vrstvě nikl-železa. Tato technika může být upravena pro získání rozlišení pro vlnové délky krátké až 50 nm v rovině vzorku pomocí pole silikonových proužků se subdifrakční periodou.

V poslední části své práce se Wojewoda věnoval měření koherentně vybuzených spinových vln, kde demonstroval fázové rozlišením změřením disperzní relace spinových vln.

Jak vlastně výzkum probíhal?…Využití plazmonických rezonancí i v Brillouinově rozptylu bylo pro Wojewoda při volbě tématu na doktorát přirozeným krokem, protože Brillouinův rozptyl je podobný rozptylu Ramanově a v Ramanově rozptylu se plazmonické rezonance často využívají zesílení signálu.

Jelikož však byl Wojewoda a jeho spolupracovníci nováčky v oblasti Brillouinova rozptylu, nebyli si vědomi, že podobný přístup již dříve zkoušelo několik týmů, ale bez úspěchu…Při svém prvním pokusu však tým získal výborné výsledky, které bohužel nedokázali opakovat.

„Díky pokročilým možnostem nanocharakterizace, které jsou dostupné v CEITEC Nano, jsme zjistili, že na vzorcích nejsou kovové částice, jak jsme původně plánovali, ale místo toho křemíkový „bordel“, který nám na vzorky neúmyslně napadal,“ vysvětluje Ondřej Wojewoda.

Změna paradigma?

Tento objev dovedl k vytvoření nových křemíkových rezonátorů, se kterými se jemu a jeho kolegům jako prvním podařilo nejen zesílit signál, ale také rozšířit detekční schopnosti Brillouinova rozptylu na velmi malé vlnové délky pod 50 nm.

Prezentované výsledky mají potenciál zásadně změnit paradigma výzkumu v oblasti fyziky pevných látek a mechano-biologie.

Wojewoda metoda je replikovatelná, podobných výsledků mohou nyní dosahovat týmy po celém světě – stačí jim k tomu jen nanofabrikační laboratoř a optická sestava pro měření Brillouinova rozptylu světla. To je zásadní pokrok.

Za vynikající studijní výsledky a mimořádný přínos v oblasti laserové spektroskopie obdržel Ondřej Wojewoda koncem loňského roku Cenu Hlávkovy nadace.

Hlávkova nadace, nejstarší česká nadace založená 25. ledna 1904 architektem Josefem Hlávkou, podporuje vědu, literaturu, umění a nadané studenty na českých vysokých školách.

Uděluje Cenu Josefa Hlávky nejlepším studentům, absolventům a mladým vědcům. Ceny Hlávkovy nadace 2024 spojené s finanční odměnou si na zámku v Lužanech u Přeštic převzalo šest studentů Vysokého učení technického v Brně.

Hlávkova nadace, nejstarší česká nadace založená 25. ledna 1904 architektem Josefem Hlávkou, podporuje vědu.
Hlávkova nadace, nejstarší česká nadace založená 25. ledna 1904 architektem Josefem Hlávkou, podporuje vědu.

*** Cesta do MIT ***

* Ondřej Wojewoda nadále působí na CEITEC VUT. Díky grantu Postdoc Individual Fellowship od GAČR se nyní připravuje na dvouletou postdoktorskou stáž na prestižní americké univerzitě Massachusetts Institute of Technology (MIT), kde se bude věnovat výzkumu nereciprokých magnetických materiálů pro využití v mikrovlnných technologiích.

Foto: VUT
Související články
Rakovina plic představuje dlouhodobě jedno z nejobávanějších a nejzákeřnějších onkologických onemocnění. V počátečních stádiích se totiž většinou nijak neprojevuje příznaky, pacienti tak často přicházejí k lékaři až s pokročilým onemocněním.   Zatímco hlavním a nezpochybnitelným rizikovým faktorem zůstává kouření tabáku, nejnovější vědecké poznatky ukazují, že naše plíce mohou ohrozit i prodělané těžké virové infekce. Podle […]
Rok 2025 se zapsal do historie evropské energetiky jako přelomový pro oblast akumulace energie. Podle nejnovější zprávy bylo v Evropské unii během jediného roku instalováno celkem 27,1 GWh nových bateriových úložišť. Pro srovnání: Loni Temelín vyrobil více než 600krát víc, celkem 17,38 tisíc GWh!   Jde o nejvyšší roční přírůstek, jaký byl na evropském trhu […]
Hudba není jenom zvuk. Je to puls, rytmus a harmonie, které proudí naším mozkem doslova jako životodárný gejzír. Už dávno víme, že mozek při poslechu nebo hraní hudby nepracuje pasivně, ale aktivuje rozsáhlé sítě nervových spojů spojených s pamětí, emocemi, pozorností a učením.   Moderní věda potvrzuje, že hudba stimuluje plasticitu mozku, zvyšuje jeho odolnost […]
Střevní červi mohou tlumit zánět v lidském těle, ale jen pokud mají dostatek vlákniny. Bez ní se jejich organismus přepne do jakéhosi hibernačního režimu a ochranný efekt mizí. Ukazuje to nová studie parazitologů z Biologického centra Akademie věd ČR publikovaná v prestižním časopise Nature Communications.   Střevní parazité byli po většinu evoluční historie běžnou součástí lidského […]
reklama
Historie
Zaskočila první doktorka kardinála?
Katedrála v italské Padově je narvaná k prasknutí. Kromě pedagogů a studentů zdejší univerzity se tu tísní učenci z dalších významných institucí na Apeninském poloostrově. Všichni napjatě poslouchají zhruba hodinový projev drobné ženy, která v latině řeční na téma Aristotelova díla.   Narodila se do bohaté a urozené benátské rodiny, jejíž příslušníci již po léta […]
Soluňská rotunda byla antickým chrámem, kostelem i mešitou
Je asi nejcennější a nejkrásnější římskou památkou ve městě. Současně patří k nejstarším křesťanským kostelům, které se v řecké Soluni dochovaly, a k unikátnosti Galeriovy rotundy přispívá také fakt, že nějakou dobu sloužila jako mešita.   Byla vybudována v Soluni na počátku 4. století. Neobvyklou stavbu na kruhovém půdorysu si objednal římský císař Galerius Valerius […]
Poslední velká bitva v Británii se strhla na vřesovišti
Pravému křídlu Karlovy armády se podařilo narušit britské linie. Vzbouřenci toho ale nedokážou využít, jejich levé křídlo kvůli bažinatému terénu postupuje jen velmi pomalu. Britové přisunou na ohrožený úsek bojiště posily a vrhnou se do rozhodujícího protiútoku…   Vrátit Stuartovce na britský trůn chtěli už v roce 1715, jejich povstání ale skončilo neúspěchem. Znovu to […]
Zachránil lékař bez diplomu tisíce dětí?
Od roku 1903 hostí newyorský Coney Island lunapark, který však spíš než klasický zábavní park připomíná přehlídku zázraků. K vidění je tu celá řada kuriozit – obřím modelem Vernovy ponorky počínaje a vesničkou plnou „pravých“ živoucích trpaslíků konče. Dokonce jsou tu i první inkubátory. I s předčasně narozenými dětmi!   Novorozenci, umístění ve zdejším zařízení, jsou tak […]
Zajímavosti
Podivuhodné dějiny prodejních automatů: Od svěcené vody po koťátka
Stojí na každém rohu, takže je bereme jako samozřejmost. Jsou pohodlné, jednoduché a navíc tak nějak podvědomě naplňují naši touhu po odměně. Víte ale, že prodejní automaty tu byly dřív, než lidstvo stisklo tlačítko a z časomatu vypadlo 20. století?   První prodejní automat se objeví už v 1. století, kdy ho uvede do provozu […]
Jak se žilo v benátských blázincích?
Na italském ostrůvku San Servolo už od 8. století sídlí benediktýnští mniši. Později zde najdou útočiště i jeptišky. Roku 1716 už v klášteře zůstává jen hrstka řeholníků, a tak městská rada rozhodne, že prostor bude lepší využít jako vojenskou nemocnici.   Až války utichnou, začnou sem s rokem 1725 přesunovat duševně nemocné. Zpočátku jde jen o […]
Oblíbené tapas: Může za ně otravný hmyz?
Charakteristikou pochutinou španělské kuchyně jsou tapas. Jejich kouzlem není jen fakt, že jde o malé kousky jídla, ale i celý způsob stravování, ke kterému se váže řada zvyklostí. Kdo vyrazí odpočinout si na teplý jih, a chce si kromě sluníčka užít i kulinářský zážitek, nesmí tapas vynechat.   Někdy jde o malé chlebíčky, jindy o […]
Záhada andělů v bitvě u Monsu: Zázrak, nebo propaganda?
Zbraně utichnou, do tváří vojáků se vkrade úžas. Záře zalije bitevní pole a z nebes se snese sbor andělů. Němcům dá jasně najevo, která strana má právo na boží ochranu!   Světem zmítá první z globálních konfliktů a Britský expediční sbor v něm má být právě pokřtěn ve velkém. Nejde o žádné nováčky. Jsou to skvěle vycvičení chlapi. […]
Záhady a napětí
Křikloun z amerického White Bluff: Prastarý netvor z hlubin lesa?
V hlubokých lesích amerického Tennessee údajně občas po setmění zazní zvuk, z nějž tuhne krev v žilách. Nejde o vytí vlka ani o křik ptáka, ale o cosi, co prý připomíná pronikavý ženský nářek. Podle více než sto let staré legendy jej vydává bytost přezdívaná Křikloun. Co má být zač a kde se v lese vzala? Zjistěte to společně […]
Ukrývá se pod klášterem v Plasích poklad z dávných časů?
Když císař Josef II. rozhodl o zrušení plaského kláštera, měl poslední opat Celestin Werner údajně schovat klášterní poklad do podzemí. Devět sudů naplněných zlatem a stříbrem čeká prý dodnes na svého nálezce. Pokud je pravda, že se tam skutečně něco skrývá, proč nikdo za více než dvě stě let poklad nenašel?   Klášter Plasy patřil […]
Světelné koule u města Marfa: Stále nemají jasné vysvětlení!
Je to optický jev, které nedává spát badatelům z celého světa. Řeč je o záhadných světlech v blízkosti města Marfa v americkém státě Texas. Údajně mohou být žlutooranžová, zaznamenat prý ale lze i jiné odstíny.  Co jsou zač?   Děje se nám to přímo před očima, ale nikdo neví proč. Záhadami opředená světla u města Marfa jsou nejčastěji […]
Kámen čarodějnice z anglického Essexu: Chrání obyvatele před černou magií?
V anglickém Essexu stojí záhadný kámen, který podle místních chrání vesnici před návratem zlého ducha. Legenda praví, že pod ním leží čarodějnice popravená před čtyřmi stoletími. Když Američané za druhé světové války kámen odstranili, místní trvali na tom, aby byl kámen okamžitě vrácen. Šlo o skutečné prokletí?   Na křižovatce u vesnice Great Leighs v […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Ďábelské tousty
nejsemsama.cz
Ďábelské tousty
Pálivou směs na tousty ocení milovníci pikantních jídel. Na 8 porcí potřebujete: ✿ 2 lžíce oleje ✿ 1 cibuli ✿ 2 stroužky česneku ✿ 1 lžíci pálivé papriky ✿ 1 lžíci kari koření ✿ 1 lžíci drceného kmínu ✿ 500 g mletého masa ✿ 200 ml vývaru ✿ 2 lžíce worcesterské omáčky ✿ 5 lžic ostrého kečupu ✿ 1–2 feferonky ✿ 2 brambory ✿ sůl, pepř ✿ tymián ✿ 150 g tvrdého sýra 1. Sýr nastrouhejte nahrubo.
Plevel ovládl váš trávník? Možná děláte tuhle zásadní chybu
rezidenceonline.cz
Plevel ovládl váš trávník? Možná děláte tuhle zásadní chybu
Pokud váš trávník po zimě připomíná spíš flekatý koberec než lákavý zelený porost, není to náhoda. Jaro vždy nemilosrdně odhalí místa, kde plevel využil náskok, který získal ještě před začátkem sezóny. Dobrou zprávou je, že právě teď máte šanci změnit pravidla hry. Když půda volá o pomoc Důvod, proč se plevele na jaře chovají životaschopněji
5 nejlepších hodinářských obchodů Moravy a Slezska
iluxus.cz
5 nejlepších hodinářských obchodů Moravy a Slezska
Morava a Slezsko nejsou jen průmyslovým srdcem Česka, ale i regionem s překvapivě silnou hodinářskou kulturou. Klíčovou roli zde hrají multibrand obchody, které umožňují porovnávat různé značky, styly
Přišla jsem o dceru, vnuky nedám!
skutecnepribehy.cz
Přišla jsem o dceru, vnuky nedám!
Romana, má jediná dcera, uměla hodně věcí, ale najít si muže, který by ji skutečně miloval, nedokázala. Spokojila se s takovým, který se nám dnes snaží zničit život. Nikdy jsem se nechtěla plést dceři do života, ale když jsem viděla, jaké typy mužů si Romana vybírá, měla jsem pocit, že jí musím pomoct. Už její první
Vycouval zajíček Madonny z obří svatby, kterou chystali?
nasehvezdy.cz
Vycouval zajíček Madonny z obří svatby, kterou chystali?
Ještě nedávno to vypadalo, že je „ruka v rukávě“. Zamilované fotografie popové královny Madonny (67) a jejího snoubence nebo jen jeho samotného, jamajského fotbalisty Akeema Morrise (29), plnily inter
Pomazánka z cottage
tisicereceptu.cz
Pomazánka z cottage
Jednoduchou pomazánku ze sýru cottage, tvarohu, bylinek a koření připravíte rychle, má hodně proteinů a výbornou chuť. Potřebujete 1 balení cottage ½ polotučného tvarohu hrst pažitky sůl pep
Do záchranného transportu se lidé báli přihlásit
historyplus.cz
Do záchranného transportu se lidé báli přihlásit
„V žádném případě nikam nepojedeme,“ kroutí mnozí vězni terezínského ghetta hlavou, když je jim oznámeno, že se mohou přihlásit do výjimečného transportu. Slibům, že vlak tentokrát nezamíří tzv. na východ, ale pojede do neutrálního Švýcarska, téměř nikdo nevěří. Tatínek Věry Andrysíkové se přesto rozhodne na tuto kartu vsadit. Ví, že od nacistů se může dočkat
Pepř není jen černý a bílý
panidomu.cz
Pepř není jen černý a bílý
Uvádí se, že na světě je asi 2000 druhů pepře. Přesné číslo se neví, protože některé bobule, které se jako pepř užívají, nepochází z pepřovníku. Ale pojďme si v tom udělat trochu pořádek.   Černý Nedozrálé bobule se suší na slunci až 10 dní nebo se krátce namočí ve vařící vodě a suší se v sušárnách. Jde o
Nové Dokumentační centrum v Norimberku otevře začátkem léta
epochanacestach.cz
Nové Dokumentační centrum v Norimberku otevře začátkem léta
Německo upevňuje svou pozici jedné z nejvyhledávanějších evropských turistických destinací. Nejnovější kulturní projekty, otevření inovativních muzeí a velkolepé rekonstrukce historických památek přitahují návštěvníky z celého světa. V nadcházejících měsících se zde propojí kultura, historie i moderní zážitky do jedinečné nabídky turistických míst – přinášíme jejich výběr. Po přibližně pětileté přestavbě se koncem května nebo začátkem
Expert na špinavou práci, který promluvil a zaplatil za to
epochaplus.cz
Expert na špinavou práci, který promluvil a zaplatil za to
Ve chvíli, kdy se ve dveřích objeví obtloustlý muž v dobře padnoucím obleku a s cigaretou mezi prsty, mají producenti nahnáno. Za brýlemi se totiž schovávají oči vlivného mafiána, který má za zády chicagské podsvětí. Ten výjev z filmu Kmotr zná snad každý. Producent odmítá dát roli chráněnci mafiánského bosse, a tak po probuzení zjistí, že vedle něj
Sluneční bouře jako spouštěč chaosu! Hrozí výpadky i panika ve společnosti
21stoleti.cz
Sluneční bouře jako spouštěč chaosu! Hrozí výpadky i panika ve společnosti
Měla by být tma jako v ranci. To by ale nesměla oblohu zalít polární záře! Ta rozsvítila celou planetu jako vánoční stromeček! Ne všichni ale mají čas kochat se tímto úkazem. Místo toho musejí hasit p
Stará záhada, která nerezaví: Tajemství nadpozemsky odolného sloupu v Dillí
enigmaplus.cz
Stará záhada, která nerezaví: Tajemství nadpozemsky odolného sloupu v Dillí
Kovový sloup v Dillí vzniká na přelomu 4. a 5. století, ale odborníky i běžné laiky nepřestává udivovat dodnes. Vždyť pokud platí, že stará láska nerezaví, musí být tento vzácný historický kousek lidm
Provozovatel: RF HOBBY, s. r. o., Bohdalecká 6/1420, 101 00 Praha 10, IČO: 26155672, tel.: 420 281 090 611, e-mail: sekretariat@rf-hobby.cz