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
Věděli jste, že při tetování nezanecháváte stopu jen na kůži, ale také na imunitním systému? Průlomová mezinárodní studie, na níž se podíleli i vědci z Biologického centra Akademie věd ČR, ukazuje, že běžně používané tetovací pigmenty mají vliv na imunitu, vyvolávají zánět a mohou snižovat účinnost některých vakcín. Hned po aplikaci se barviva rychle šíří […]
Mykologové z Botanického ústavu Akademie věd ČR a spolupracujících institucí popsali pozoruhodný případ, který dokládá, že i dobře spravované veřejné sbírky mikroorganismů mohou ukrývat systematické omyly. Studie, publikovaná v prestižním mezinárodním časopise IMA Fungus, odhalila, že sedm kmenů uložených v mezinárodní sbírce pod stejným druhovým názvem představuje ve skutečnosti sedm geneticky i morfologicky odlišných druhů […]
Novou metodu umožňující spouštět chemické reakce v živých organismech podle lokální hodnoty pH vyvinul tým vědců z ETH Curych vedený Helmou Wennemers a Athanasiosem Markosem, který působí na Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého v Olomouci. Tento postup otevírá cestu k přesnější diagnostice a cílené léčbě nádorů či zánětlivých onemocnění. Výsledky výzkumu zaměřeného na vývoj nové bioorthogonální […]
Nepoužívané smartphony mohou pomoci snížit množství elektroodpadu i těžbu vzácných kovů…V rámci Mezinárodního dne elektroodpadu na tento aspekt upozorňuje studie Fraunhofer Austria a ukazuje, že jen v českých domácnostech leží 11,3 milionu starých smartphonů plných cenných surovin.   V Evropě se nachází až 642 milionů nevyužívaných smartphonů, z nichž 211 milionů by se po repasování […]
reklama
Historie
Unikátní minaret: Vystoupat na jeho vrchol chce odvahu
Za vlády Abbásovců zažívá islámský svět svůj zlatý věk. Chalífa al-Mutawakkil je nejen zbožný a tolerantní vůči jiným náboženstvím, ale podporuje také umění, vzdělanost, a hlavně architekturu.   Ačkoli se hlavní metropolí dynastie Abbásovců, odvozující svůj původ od Mohamedova strýce al-Abbáse (566–653), stává Bagdád (dnes v Iráku), chalífa al-Mutawakkil (822–861) věnuje svou pozornost městu Sámarrá, […]
Havlíček pokládal Brixen za hnízdo hlupáků
Je to nepříjemné probuzení. Havlíček otevře oči, ale u jeho postele nestojí ani manželka Julie, ani bratr František, nýbrž pražský vrchní komisař Franz Dedera, okresní hejtman Ferdinand Voith a četník s ručnicí.   Karel Havlíček Borovský (1821–1856) je rozespalý, dlouho do noci psal, teprve před chvílí si šel lehnout. Přesto vstane, oblékne si župan a se […]
Největší cirkus světa nadchl Čechy
V cirkusovém stanu, dlouhém 180 metrů, člověk neví, kam upřít zrak dřív. Jsou tu tři manéže, dvě jeviště i 400 metrů dlouhá okružní dráha, stěny lemují klece zvěřinců a pod kopulí se lesknou hrazdy artistů.   Na počátku 20. století je to už 20 let, co se ve Spojených státech zrodil největší cirkus světa Barnum & […]
Zbláznil se Josef Václav Sládek po smrti ženy?
Postel je zbrocená krví. „Zavolej lékaře, něco je špatně,“ naléhá mladičká Emílie na manžela Josefa. Ten ji chytne za ruku a utře jí pot z čela. „Neboj se,“ zašeptá. „Maminka taky rodila dlouhé dva dny. A nakonec všechno dobře dopadlo.“   Budoucí literát Josef Václav Sládek (1845–1912) se narodil ve Zbirohu jako nejstarší z pěti dětí do […]
Zajímavosti
Bavlna: Jak si bílé chmýří podmanilo svět
Bavlna je v našich životech doslova všudypřítomná. Najdeme ji v oděvech, ručnících i bytovém textilu. A dokonce také v produktech určených pro zdravotnictví nebo osobní hygienu! Zmínky o ní jsou zapsány už v dávných historických kronikách.   Pokud se ptáme, jak to bylo s její domestikací, pak nezačíná na jednom místě. Nezávisle na sobě lidé […]
Řasokoule: Šneci rostlinné říše
Někdo v nich vidí podivuhodné živočichy, další je pro změnu označuje za podvodní mech. Řasokoule jsou však řasy, které do kulovitého tvaru češe sama voda!   Po dně se povalují celá staletí, vědci si jich všimnou začátkem 19. století. Rakouský botanik Anton E. Sauter (1800–1881) zahlédne a popíše zvláštní rostlinu, kterou spatří v jezeře Zell. […]
Mount Mihara: Sopka sebevrahů!
Bez své lásky nedokáže žít a věří, že když skočí, žár ji okamžitě promění a ona bude stoupat k nebi jako dým. Nezůstane v tom sama. Její příběh se totiž zaryje do japonských dějin a vyvolá vlnu následovníků.   Všechno začne v roce 1933, kdy se jednadvacetiletá studentka tokijské Praktické dívčí školy Kijoko Macumoto zamiluje […]
Kde leží Nulový ostrov?
Kde se nachází začátek Země? Ač se zdá otázka nesmyslná, odpověď je logická. Tam, kde je naprostá nula. Tedy v místě, kde se protíná nultý poledník s rovníkem! A co tam leží? Přeci Nulový ostrov!   Najděte si to magické místo na mapě. Nula stupňů zeměpisné šířky, nula stupňů zeměpisné délky. Když ale přesně do […]
Záhady a napětí
Asteroid, který měl šanci zasáhnout Zemi, by mohl narazit do Měsíce
V roce 2025 svět obletěla zpráva o nebezpečném asteroidu, který by se již za pár let mohl srazit se Zemí. Později jsou sice výpočty upřesněny a riziko katastrofické srážky se snižuje na zcela nepodstatnou hodnotu, jenže zároveň vyvstává nový problém. Asteroid 2024 YR4 by při průletu v roce 2032 údajně mohl narazit do Měsíce. Máme […]
Poklad templářů na Slovensku? Poznejte tajemství kostela v Ludrové!
Na víko dopadá drobný déšť. Šest mužů nesoucích rakev a oblečených do kroužkové zbroje kráčí pochodovým krokem v čele smutečního průvodu. Bojová vlajka a okraje plášťů zdobených křížem vanou ve větru. Cílem jejich cesty je blízký kamenný kostelík obklopený zdí…   V kostele čeká na rytíře kněz mávající kadidelnicí a otevírající vstup do krypty v blízkosti […]
Případ Mariana Rajchela: Dostával zprávy od démona?
„Ona z toho pekla nevyjde. Je moje. Každý, kdo se za ni bude modlit, zemře.“ Taková slova údajně v roce 2014 obdrží polský kněz Marian Rajchel (?–2021) od jakéhosi démona. Ne ale někde v temné kryptě při seanci nebo ve zlém snu, ale přes mobilní telefon! Přijdou prý skrze dívku, kterou se neúspěšně snaží zbavit posedlosti. Začala s ním […]
Prokletý velmož Půta Švihovský: Proč se jeho duch vracel z hrobu?
Vzdělaný a zcestovalý šlechtic, nejvyšší zemský sudí, ale také krutý a obávaný pán. Údajně neváhal upálit řemeslníky, zazdít nenasytného mnicha a kohokoli vsadit do žaláře. Podle pověstí ho nakonec odnesl čert přímo z ložnice a dodnes jeho duše bloudí po hradních chodbách. Opravdu si takový konec zasloužil?   Půta Švihovský z Rýzmberka (1450–1504) nebyl jen dalším středověkým […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Od arabštiny po finštinu. Proč jsou některé jazyky tak těžké – a zároveň fascinující
epochaplus.cz
Od arabštiny po finštinu. Proč jsou některé jazyky tak těžké – a zároveň fascinující
Arabština, barmština nebo finština patří mezi jazyky, které cizincům dávají pořádně zabrat. Nejde však jen o složitou gramatiku, výslovnost nebo písmo. Každý jazyk v sobě nese jedinečný otisk kultury, historie i způsobu myšlení lidí, kteří jím mluví. Vydejme se na krátkou cestu po jazykové mapě světa a podívejme se, proč jsou některé jazyky tak náročné
Chilli hořčice
tisicereceptu.cz
Chilli hořčice
U grilování samozřejmě nesmí chybět ani hořčice. Ten správný říz pokrmům dodá domácí pikantní chilli hořčice. Potřebujete 100 g hořčičného semínka Labeta 160 ml vody 2 lžíce octa 3 lžíce cukr
Vánoce, které vás překvapí
epochanacestach.cz
Vánoce, které vás překvapí
Kde jsou nejlepší Vánoce? Než odpovíte logicky, že doma, zkuste si přečíst, jak to na Ježíška vypadá po světě. Zázrak Vánoc stojí za to zažít kdekoli. Ať se tam zpívá Tichá noc, nebo Narodil se Kristus Pán… Kanada Ještě před Štědrým dnem pořádají Kanaďané pečicí večírky, kdy příchozí pečou vánoční koláčky „cookies“ dle vlastního receptu. Chodí tu Santa
Zapomenuté námořní katastrofy druhé světové války v Baltském moři
enigmaplus.cz
Zapomenuté námořní katastrofy druhé světové války v Baltském moři
Titanik bývá považován za symbol největších námořních tragédií. Události, které se odehrály v Baltském moři na sklonku druhé světové války, však svým rozsahem tuto katastrofu dalece překonaly. Běhe
Carská jachta Standart: Luxus šel málem ke dnu
historyplus.cz
Carská jachta Standart: Luxus šel málem ke dnu
Ve velké jídelně na carské jachtě se právě podává čaj. Vyhrává k tomu kapela. Náhle se ozve náraz, nádobí a vázy s květinami padají na podlahu. Loď jako by nadskočila, pak padne zpět na vodu a začíná se naklánět. Propuká zděšení.   Carův plovoucí palác najel na nečekanou překážku, skalisko pod hladinou. Obří jachta Standart jako každé
Seriál „Vraždy v Åre“ odhaluje nádhernou oblast. Objevte Copperhill Mountain Lodge
iluxus.cz
Seriál „Vraždy v Åre“ odhaluje nádhernou oblast. Objevte Copperhill Mountain Lodge
Severské hory kolem městečka Åre mají zvláštní schopnost vtáhnout člověka do svého ticha. Drsné klima, nekonečné lesy a zasněžené pláně zde vytvářejí atmosféru, která si v posledních letech získala ce
Co vypráví ozdobený smrček uprostřed lesa
skutecnepribehy.cz
Co vypráví ozdobený smrček uprostřed lesa
Kdybyste někdy spatřili na Štědrý den uprostřed hlubokého lesa smrk plný ozdob, tak po přečtení mého příběhu už budete vědět, co se za tou vánoční záhadou skrývá. Když jsem byla hodně mladá, a to je už dávno, byla jsem trošku zamilovaná do senzačního kluka z naší vesnice, jmenoval se Petr. Byl tak hodný, milý, laskavý, obětavý! Vzpomínám si,
Tučňáci v ohrožení! Nedostává se jim ryb ani ledu
21stoleti.cz
Tučňáci v ohrožení! Nedostává se jim ryb ani ledu
Mladý tučňák císařský stojí na vrcholu útesu. Od vodní hladiny ho dělí nějakých 15 metrů. To ho ale od jeho první cesty do oceánu nemůže odradit. Odrazí se a skočí dolů. Za ním se vrhají další a další
Místo klidu po porodu přišly u Holíkové hádky
nasehvezdy.cz
Místo klidu po porodu přišly u Holíkové hádky
Dalo by se očekávat, že herečka ze seriálu Ulice Natálie Holíková (34) bude jako novopečená maminka jen zářit spokojeností. Vždyť už tři měsíce má krásnou rodinku s hercem známým ze seriálu Krejzovi
Přejedené bříško vás nepotěší…
nejsemsama.cz
Přejedené bříško vás nepotěší…
Vánoční svátky a konec roku vybízejí k hodování. Jenže člověk to často opravdu přežene a tělo pak trpí. Jak mu potom nabídnout aspoň nějakou malou úlevu? Během svátků se zvýšené konzumaci v podstatě všeho, co je po ruce, zdánlivě nedá vyhnout. Člověk by musel mít hodně silnou vůli, aby dokázal všem těm chlebíčkům, cukroví, pečením a majonézovým salátům odolat.
Sklo jako působivý architektonický materiál
rezidenceonline.cz
Sklo jako působivý architektonický materiál
Velkoplošné prvky ze živého transparentního materiálu stavbu osvěžují, propouštějí do jejího nitra spoustu světla, a tím zlepšují kvalitu vnitřního prostředí. Navíc významně ovlivňují vzhled budovy. Tak jako dřevo a kámen v konstrukčních řešeních zdařile zastupuje ocel, výplně z cihelného či jiného zdiva zase velmi působivě nahrazuje sklo. Jeho vizuálního benefitu v podobě zrcadlení oblohy i
Gymnastika pro obličej
panidomu.cz
Gymnastika pro obličej
Povadlost rysů? Pravidelným cvičením můžete obličejovým svalům vracet předchozí pevnost. Nestačí pečovat jen o pokožku, na stárnutí se stejně výrazně podílí také ochabování obličejových svalů. Proti tomu se dá ale bojovat – a to cvičením stejně jako u kterýchkoli jiných svalů těla. Co můžete čekat od jejich procvičování? Přinese dvojí užitek: Svaly se zpevní a
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