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
Statistiky požárů i tisíce diagnostických testů vyvracejí tři nejčastější mýty, které stále obestírají elektromobilitu. Faktem je, že čistě elektrické vozy hoří mnohem méně často než auta s běžným spalovacím motorem, statistiky totiž zkresluje započítávání elektrokoloběžek, elektrokol či hybridů. Mnozí se také bojí rychlé ztráty kapacity baterie – dlouhodobé měření trakčních akumulátorů ojetin však ukazuje, že […]
Vypadají jako nerváci: Když si vedle nich sednete a rozbalíte fast food, zvednou se a vytratí. Když to nejde, nasadí podivně strnulý výraz. Problém nemají s vaším výběrem jídla, ale s tím, že ho žvýkáte a polykáte. Pro lidi postižené misofonií jsou to zvuky, které se nedají vydržet.   Většině z nás vadí skřípání křídy […]
To, co bylo dlouho považováno za genetický „šum“, se ukazuje jako významná součást regulační sítě na úrovni buňky i celého organismu. Tvrdí to nový přehledový článek vědců z MBÚ AV ČR, který se věnuje tzv. dlouhým nekódujícím RNA.   To, co biologové po desetiletí označovali za „nekódující RNA“, nemusí být ve skutečnosti tak nekódující, jak […]
Ať už tajně, nebo otevřeně, letní flirtování k prázdninové atmosféře jednoduše patří. Že na výletech nebo v zahraničí snadněji podléháme novým lákadlům, potvrzují i statistiky českého sexshopu YOO.cz – celých 38 % Čechů uvádí, že se rádi seznamují na cestách   Není se čemu divit – nové prostředí stimuluje smysly a pomáhá se uvolnit. Jen […]
reklama
Historie
Nepřežili janičáři Požehnanou událost?
Mustafa cítí zklamání. Teď se dozvěděl o sultánově dekretu, jímž panovník Osmanské říše zakládá nové vojenské sbory. Z každého janičárského praporu bude pro ně vybráno 150 mužů.   Mustafa (†1826) si pokládá hlavu do dlaní. Na chvíli se zasní. Ty tam jsou slavné časy janičárů, elitních pěších jednotek, které od 14. století věrně stály po […]
Pláž hanby lákala plavce i šmíráky
„Pláž hanby!“ pohoršují se nad skandální vymožeností u švýcarského Lucernského jezera místní mravopočestní občané. Otevření prvního městského koupaliště ve Švýcarsku, kde se návštěvníci nerozdělují podle pohlaví, vyvolá velkou senzaci. V roce 1919 totiž nebývá zvykem, že by se u vody vyskytovali v koupacích úborech muži a ženy pospolu.   Chtělo by to nějakou novinku. První světová válka […]
Obránce Vídně dostal maršálskou hůl se zpožděním
Nejvyšší velitel obléhaného města vystupuje na hradby a obhlíží situaci. Dlouhé dva měsíce dokázal Vídeň bránit, ale teď docházejí síly. Přijde záchrana včas?   Významné postavení v zemi je Zdeňku Kašparu Kaplířovi ze Sulevic (1611–1686) předurčeno. Jeho otec Albrecht Kaplíř (1583–1616) je významným plukovníkem a apelačním radou, dědeček Kašpar Kaplíř (1535–1621) zase zastává funkce císařského rady […]
Hanácký obr bavil císaře
Když mu chtěl otec v devíti letech koupit boty, trhovci se zděsili. Tak velkou nohu totiž dosud neviděli. Už jako chlapec měl Josef takovou sílu, že jedním úderem dokázal zmrzačit krávu.   Josef Drásal (†1886) přišel na svět 4. července 1841 v Chromči na Šumpersku do chudé rodiny brusiče jehel. Vzrůstem se už od útlého věku liší od […]
Zajímavosti
Betty Robinsonová: Vstane z mrtvých a získá olympijské zlato
Sympatická usměvavá dívka, která vyhraje olympiádu, protože doběhne vlak. A po letecké havárii vstane z mrtvých a vyhraje další olympiádu.   Američanka Elizabeth R. Robinsonová (1911–1999) je sympatická dívka, která ráda drnká na kytaru, studuje na střední v Chicagu a občas předvádí, jak rychle umí běhat. Je sice soutěživá, ale nikdy ji nenapadne, že by […]
Hajlování: Vynález antického Říma? Ne tak docela…
To gesto zná snad každý. Postavit se vzpřímeně a zvednout pravici – správně zhruba do úhlu 135 stupňů. Má jít o starověký zvyk, jenže hajlování se objevuje až mnohem později.   Benito Mussolini (1883–1945) se odvolává na praktiku římských císařů, do karet mu hrají i některé sochy, které zvedají pravici. Ani jedna však nehajluje. Jednu […]
Atentát na Augustina Gölzera: Heydrich nebyl jediný!
Odbojová skupina Předvoj funguje na území Protektorátu už od roku 1943, kdy se pasivní odpor vůči nacismu přetaví do akce. „Někdo musí něco začít dělat!“ rozhodují se studenti scházející se v evangelickém sboru na pražském Smíchově.   Brzy se členská základna rozšíří a začne navazovat kontakty i jinde po republice. Rozsáhlá odbojová činnost nezůstane gestapu […]
Taneční maratony: Klakson, facky i smrt vyčerpáním
Na první pohled to vypadá jako neškodná zábava. Hudba hraje, páry se drží za ruce, publikum tleská a parket nikdy neztichne. Ve Spojených státech se ve 20. a 30. letech 20. století stávají taneční maratony masovou atrakcí.   Soutěžící tančí – nebo spíš chodí, kolébají se a drží jeden druhého – celé dny i noci. […]
Záhady a napětí
Templářské tajemství na Veveří: Poklad dvanácti apoštolů
Dvanáct stříbrných soch apoštolů v životní velikosti a snad i svatý grál – to vše podle legendy leží pod hradem Veveří. Templáři zde prý po svém pádu ukryli kořist lstí odebranou moravskému knížeti. Ačkoli historici většinou krčí rameny, do podzemí se stále vydávají hledači pokladů s nadějí, že to budou právě oni, kdo učiní objev století.   […]
Legendní režisér Steven Spielberg šokuje: Věří v existenci mimozemšťanů! Má přístup k tajným materiálům?
Uznávaný režisér Steven Spielberg svým novým filmem Den odhalení, který měl nedávno premiéru i v českých kinech, vyvolal poprask. Jeho téma totiž údajně není až tak moc sci-fi, jak si mnozí myslí. Samotný režisér v existenci mimozemšťanů věří a říká, že tu možná byli vždycky!   Každý nový film legendárního režiséra Stevena Spielberga (*1946) poutá […]
Winchester Mystery House: Stavěla slavná dědička past na duchy?
Dveře se otevřou a za nimi není pokoj, ale prázdný prostor. Schodiště stoupá ke stropu a chodba se bez varování zlomí jiným směrem. V kalifornském San José stojí sídlo, které působí, jako by ho někdo stavěl podle plánů, jimž měl rozumět spíš mrtvý než živý. Byl Winchester Mystery House jen výstředním domem bohaté vdovy, nebo […]
Záhadná smrt ruského turisty: Chtěl ho zabít duch?
V květnu 2025 po pádu z devátého patra bytového domu v Thajsku umírá ruský turista. Těsně před smrtí muž prohlašuje, že ho pronásleduje „vražedný duch s vypoulenýma očima“. S tímto tvrzením se dokonce obrátí i na hlídače v budově, nikdo mu ale nedokáže pomoci. Stojí za jeho smrtí skutečně vražedný duch, nebo spíš drogy či […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Tajemství krásné Evity: Měla nadpřirozené schopnosti? A pomáhala nacistům na útěku?
enigmaplus.cz
Tajemství krásné Evity: Měla nadpřirozené schopnosti? A pomáhala nacistům na útěku?
Je to naprosto katastrofální zpráva. Dne 15. ledna roku 1944 zemře při zemětřesení v argentinském San Juanu zhruba 10 000 lidí a dalších asi 12 000 jich je zraněno. O sedm dní později se na stadionu v
Kvalitní česnek vyžaduje péči
tisicereceptu.cz
Kvalitní česnek vyžaduje péči
Kdo by nechtěl mít dobrou úrodu česneku. Pokud dodržíte základní pravidla, pěstování pro vás bude hračka. Česnek sázejte na konci podzimu. Ne dřív, než se teplota půdy ustálí pod 9 °C. Tím se pojis
Aby brambory chutnaly
panidomu.cz
Aby brambory chutnaly
Také si myslíte, že uvařit brambory umí každý? Asi ano, ale aby byly opravdu lahodné, hodí se některé jednoduché triky. Že jsou různé varné typy od A, tedy na saláty, po D na kaši, určitě víte, takže vyberete podle toho, co chcete právě uvařit. Vařte správně Spousta lidí vaří brambory tak, že nalijí do hrnce
IWC znovu měří čas v St Andrews. Alfred Dunhill Links Championship slaví 25 let
iluxus.cz
IWC znovu měří čas v St Andrews. Alfred Dunhill Links Championship slaví 25 let
Slavný golfový turnaj Alfred Dunhill Links Championship si letos připomíná čtvrt století od svého prvního ročníku. Od 1. do 4. října 2026 se hrál na třech slavných skotských hřištích Old Course v St A
Královna Středozemního moře umírá. Pod hladinou řádí smrtící epidemie
epochaplus.cz
Královna Středozemního moře umírá. Pod hladinou řádí smrtící epidemie
Je to největší mlž Středozemního moře a druhý největší rámci celého světa. Kyjovka ušlechtilá (Pinna nobilis) byla ikonou v zemích Středomoří. Její lastury dosahovaly až jednoho metru, dožívala se až padesáti let. Rok 2016 však všechno změnil. Proč nyní mluvíme o kyjovce ušlechtilé takřka v minulém čase? Ve zmíněném roce se stalo něco neuvěřitelného. Královna Středozemního moře,
Vyznání lásky poslal z nebe
skutecnepribehy.cz
Vyznání lásky poslal z nebe
Nikdy bych nevěřila, že se stane takový zázrak. To, co se v našem mládí ztratilo, se zničehonic objevilo rok po manželově smrti. Prožila jsem krásné a šťastné manželství. V Radkovi jsem našla hodného partnera a milujícího tatínka našich dvou dětí, na které jsem právem hrdá. Jediné, čím mě Radek zarmoutil, byla jeho předčasná a naprosto nečekaná smrt. Bylo mu pouhých
Soulad podle harmonie zlatého řezu
rezidenceonline.cz
Soulad podle harmonie zlatého řezu
Vznosné křivky rezidence Habitação Áurea v regionu Amarante na severu Pyrenejského poloostrova vytvořily díky dané koncepci prostor s přirozenou rovnováhou, otevřený krajině, světlu i modernímu rodinnému životu. Neutrální barevná paleta a přírodní textury, jež byly použity v dokonalém souladu, přispívají ke klidné a sofistikované atmosféře, zatímco architektonické prvky, jako je prosklená terasa a stropy v
Kostková uteče manželovi za jiným?
nasehvezdy.cz
Kostková uteče manželovi za jiným?
Její manželství na tom má být všelijak. S režisérem Jakubem Nvotou (48) jim to podle mnohých neklape tak, jak by si moderátorka StarDance přála. Tereza Kostková (50) nedávno řekla, že si píší SMS
Dýňový ráj na Farmě Vraňany láká na podzimní dobrodružství
epochanacestach.cz
Dýňový ráj na Farmě Vraňany láká na podzimní dobrodružství
Na tisíce nejrůznějších odstínů oranžové, dýně nejrůznějších tvarů, vůně podzimních specialit a bohatý program, který zabaví děti i rodiče. Pokud hledáte příjemný říjnový výlet kousek od Prahy, Farma Vraňany se na celý měsíc promění v Dýňový ráj. Dýně jsou tady doslova všude. Malé, obrovské, kulaté, protáhlé i roztodivně tvarované vytvářejí kulisy, ve kterých se člověk
Na kolik partnerů spoléhají rostliny a opylovači? Rozhoduje především klima
21stoleti.cz
Na kolik partnerů spoléhají rostliny a opylovači? Rozhoduje především klima
Nejrozsáhlejší globální analýza vztahů mezi rostlinami a jejich opylovači vyvrací dlouho přijímanou představu, že směrem k rovníku jsou mezidruhové interakce stále specializovanější. Nová mezinárodní
Divočák se šípkovou a se zelím
nejsemsama.cz
Divočák se šípkovou a se zelím
Ve filmu Slavnosti sněženek se hádali, zda je lepší divočák s šípkovou omáčkou, nebo se zelím. Zkusme oboje najednou. Ingredience: ● 1 kg odblaněné kančí kýty ● 250 g slaniny Na mořidlo: ● 1 velká mrkev ● 2 petržele ● 1 menší celer ● 1 velká cibule ● 1 citron v bio kvalitě ● 250 g másla ● 1 lžíce třtinového cukru ● 6 lžic octa ● 10 bobulek jalovce ● 5 kuliček nového
Posloužilo ucho jako záminka k válce?
historyplus.cz
Posloužilo ucho jako záminka k válce?
U stěžně zajaté lodi stojí přivázaný její kapitán s hlavou hrdě vztyčenou. Jeho pokořitel hledá způsob, jak dát najevo svou převahu. Nakonec máchne rukou a ve vzduchu se zaleskne ostří šavle… V polovině 18. století spolu Španělsko a Británie soupeří o vliv ve svých amerických koloniích. Británie se cítí být pevná v kramflecích už od doby války o
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