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
Výlet do australské přírody může na věci neznalého turistu působit jako idyla: Žádné velké šelmy, možná jen pozor na hady. Jenže také na jedovaté pavouky a štíry a co už tuší málokdo, i na nenápadný keř se srdčitými listy. Stačí letmý dotyk a ozve se pronikavá bolest, která přetrvává i týdny.   Nenápadný tento keř […]
Odpověď na otázku v titulku není jednoznačná. Výbuch atomové bomby v Hirošimě i pozdější jaderné katastrofy způsobené člověkem sice ukázaly, že silné dávky ionizace zabíjejí a že slabší a dlouhodobé záření poškozuje DNA. Přesto není stále zcela jasné, nakolik se mutace vzniklé ozářením přenášejí na potomstvo.   Před pěti lety, těsně před 35. výročím výbuchu Černobylské jaderné […]
Hluk tradičně vnímáme jako nežádoucí jev, který je nutné potlačit. Moderní fyzikální přístupy však naznačují, že tlakové vlny nemusíme jen tlumit, ale můžeme jejich energii aktivně řídit. Otevírá se tak nová cesta, jak s hlukem pracovat efektivněji a s menšími ztrátami.   Hluk a vibrace patří mezi největší technické problémy současnosti. Vznikají v motorech, turbínách, […]
Druhová pestrost hmyzu v české přírodě výrazně klesá. Zmírnit tento propad může návrat velkých kopytníků – divokých koní, zubrů a praturů – do krajiny. Ukazuje to rozsáhlá studie českých vědců vedených výzkumníky z Biologického centra Akademie věd České republiky (BC AV ČR), kteří sledovali pět skupin hmyzu na 11 lokalitách v České republice s celoroční […]
reklama
Historie
Vznikl symbol sjednocení Itálie na jatkách?
„Jedna z nejpřekvapivějších vojenských akcí našeho století.“ Přesně tak hodnotí americký list The New-York Tribune v roce 1860 dobytí sicilského Palerma. Na jeho počátku přitom stála zhruba tisícovka Červených košil, které vedl do boje slavný italský revolucionář Giuseppe Garibaldi.   Pro své skálopevné přesvědčení o nutnosti sjednotit Itálii se nejednou ocitl v hledáčku úřadů i […]
Zmoudřel La Fontaine až před smrtí?
Ctihodní členové Akademie se shodují na přijetí jednoho z nejznámějších spisovatelů do svých řad. Čeká se jen na potvrzení volby králem. „Cože? La Fontaine? Toho nikdy neschválím!“ prská panovník.   Dlouho se Jean de La Fontaine, narozený 8. července 1621, nemůže rozhodnout, co v životě vlastně bude dělat. Převezme práci lesního dozorce po svém otci, ale víc […]
Jak se hřešilo v socialistickém Las Vegas?
Komplex Haludovo Palace Hotel patří k nejambicióznějším projektům své doby…Na jugoslávském ostrově Krk vyrůstá díky penězům amerického vydavatele erotického časopisu, který věří, že by se jeho „palác hříchů“ mohl stát pomyslným mostem mezi Východem a Západem.   Jugoslávie diktátora Josipa Broze Tita (1892–1980) byla specifickým státem, který ve světě rozděleném studenou válkou nepatřil do socialistického, […]
Korunovace prvního českého krále: Odměnil se Vratislav II. arcibiskupovi za korunu?
Pražský hrad je od rána v obležení zvědavců. Takovou slávu česká země ještě nezažila. Poprvé v historii bude mít krále! Kníže Vratislav II. právě zažívá vrchol své panovnické kariéry.   Obřad, který se koná 15. června 1085, nevede nikdo menší než sám trevírský arcibiskup Egilbert (†1101) a v publiku mezi řadovými diváky stojí další osobnost, jež se […]
Zajímavosti
Stěračová válka: Jedno mrknutí – a všechno je jinak
„Jak to myslí, že nemají zájem? Vždyť byli nadšení!“ Robert Kearns je na dně. Automobilka právě odmítla jeho inovaci stěračů. Jenže již roku 1969 vyjíždějí z fabriky první modely s Kearnsovým zlepšovákem. Začíná spor, kterému génius obětuje vše – čas, rodinu i sám sebe.   Američan Robert William Kearns (1927–2005), který během vlastní svatby přijde […]
Cibetková káva: Lahůdka z exkrementů vznikla z nouze
Oviječ skvrnitý, středně velká cibetkovitá šelma žijící v jihovýchodní Asii, si ráda pochutnává na zralých plodech kávovníků. Tyto červené bobule v sobě ukrývají dvě semena – kávová zrna, která se v žaludku cibetek částečně natráví.   Když se zvíře vyprázdní, zrna se sesbírají z trusu, pečlivě očistí, usuší, upraží a pak se z nich připraví […]
Obyčejně neobyčejný jod: Vzácný a nepostradatelný
Vesnicí se šourá několik dětí. Na svůj věk jsou maličké, některé mají pod krkem nepěkné vole. Do školy se je rodiče ani nepokusí poslat. Jsou zaostalé, některé navíc neslyší ani nemluví. A to všechno kvůli z dnešního pohledu úplné maličkosti: nedostatku jodu.   Vědci předpokládají, že ve vesmíru připadá na jeden atom jodu 70 miliard atomů […]
Durian: Ovoce, které rozděluje svět
V mnoha asijských státech se s durianem daleko nedostanete. Tato lahůdka, které se přezdívá „král ovoce“, totiž prosluje svým intenzivním zápachem. Například v Singapuru se s ním nesmí do hromadné dopravy, na letiště ani do velké části hotelů.   Mluví se o něm jako o nejzdravější svačině na světě. Najdete v něm vitamin C, B2, B6, hořčík, železo, […]
Záhady a napětí
Před 70 lety americká města pokryla záhadná mlha. Byl to tajný vojenský experiment!
Desítky měst v USA a Kanadě opakovaně zahaluje hustá, chemikáliemi páchnoucí mlha…Na kůži tomu, kde se do ní vydá, ulpívá zvláštní substance neznámého původu, stejná látka pokrývá také silnice, auta či střechy domů a lidé hlásí různé zdravotní potíže včetně pozdější rakoviny. O 70 let později pravda o původu této mlhy vychází najevo. Víme ale […]
Přízraky hradu Dobré naděje děsí noční strážce
V historické pevnosti v Kapském městě bylo za posledních více než sto let pozorováno hned několik záhadných přízraků. Setkání s nimi jsou tak častá a děsivá, že se noční hlídači některým místům komplexu při obhlídkách po setmění raději vyhýbají. Komu duchové patří a jak se jejich přítomnost projevuje?   Mys Dobré naděje je jedním z […]
Léčebná metoda Su Jok: Skutečný průlom, nebo jen dobře fungující placebo?
Na první pohled obyčejná ruka, podle zastánců metody Su Jok však skrývá přesnou mapu celého lidského těla. Stimulace konkrétních bodů na dlaních a chodidlech má údajně ovlivňovat jednotlivé orgány i zmírňovat bolest bez použití léků. Zůstává ale otázkou, zda jde o skutečný léčebný princip, nebo efekt, který zatím neumíme spolehlivě vysvětlit.   Bolest se někdy […]
Strašidelný maják St. Augustine: Místo smrti a utrpení!
Na pobřeží americké Floridy stojí maják, který měl sloužit jako bezpečný orientační bod pro lodě, místo světla uprostřed temnoty. Už krátce po svém zprovoznění se však začíná spojovat s tragédiemi a záhadnými událostmi, které se zde opakují s podivnou pravidelností. Může jít o souhru náhod, nebo o místo, kde minulost odmítá odejít?   Silná kamenná věž […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Tradiční máslová vánočka
tisicereceptu.cz
Tradiční máslová vánočka
Domácí vánočka je to nejlepší, čím se můžete na Vánoce blýsknout! Suroviny na 2 vánočky Na omládek 150 ml vlažné vody 1 lžička sladěnky 35 g droždí 190 g hladké mouky Na těsto 130 ml
Největší záhady vatikánského archivu: Jaká tajemství skrývá nejstřeženější knihovna světa?
enigmaplus.cz
Největší záhady vatikánského archivu: Jaká tajemství skrývá nejstřeženější knihovna světa?
Desítky kilometrů regálů, miliony dokumentů a pověst místa, kam běžný člověk nikdy nevstoupí. Vatikánský apoštolský archiv po staletí podněcuje představivost historiků i milovníků záhad. Skrývá důkazy
Nejkrásnější louka Evropy říká autům dost
epochanacestach.cz
Nejkrásnější louka Evropy říká autům dost
Na první pohled to může působit paradoxně. Jedna z nejfotografovanějších krajin Dolomit se rozhodla, že návštěvníků nechce více, ale méně. Alpe di Siusi, největší vysokohorská louka v Evropě, zavádí od léta 2026 nová pravidla příjezdu, která mají jediný cíl – zachovat místo, kvůli němuž sem lidé přijíždějí. Nejde o boj proti turistům. Jde o ochranu
Industriální styl, hodný šampiona
rezidenceonline.cz
Industriální styl, hodný šampiona
Mezi cihlovými zdmi bývalé továrny se skrývá designový penthouse Jaylena Browna, hvězdy NBA a Boston Celtics. Jde o prostors výhledem na Seaport District, v němž výška stropů nepochybně dosahuje míry ambicí svého majitele. V bostonské čtvrti Fort Point, kde se historie města potkává s jeho současnou energií, se nachází rezidence, která ztělesňuje styl, sílu a
Věštba z karet mě vždy správně varovala
nejsemsama.cz
Věštba z karet mě vždy správně varovala
Kamarádka uměla vyčíst, kdy mi hrozí nějaké nebezpečí. Někteří lidé na osud věří, jiní považují podobné věci za náhodu. Já sama jsem byla vždy spíš skeptická, ale život mi několikrát ukázal, že ne všechno se dá racionálně vysvětlit. Velkou zásluhu na tom má moje kamarádka Jarmila, která se už řadu let věnuje vykládání karet. Začala
Co kdyby to Lucie Vondráčková zkusila na bývalého?
nasehvezdy.cz
Co kdyby to Lucie Vondráčková zkusila na bývalého?
Jsou věci mezi nebem a zemí, které by asi nečekal ani ten největší konspirátor českého showbyznysu. Ale spekulace o možném návratu se objevily! Proč není zase tak vyloučený? Pokud by se potvrdily d
Katalánsko – vyspěte se předem…
iluxus.cz
Katalánsko – vyspěte se předem…
Katalánsko a jeho hlavní město Barcelona jsou plné života a nabité energií. Barcelona pulsuje jako New York, ale stylověji. Nevečeří se před devátou, kluby se plní kolem druhé ráno. Tee time na golfov
Neměla jsem v životě štěstí
skutecnepribehy.cz
Neměla jsem v životě štěstí
Pamatuji si to dobře. Blížila jsem se ke třicítce a měla pocit, že mi život utíká mezi prsty. A tak jsem se přestěhovala. V menším městě, kde jsem vyrůstala, jsem si nedokázala představit svou budoucnost, a tak jsem se rozhodla začít jinde. Šla jsem do velkoměsta. Kde jinde bych našla to, po čem jsem toužila? Praha mi
Od rozšířené reality po měkké roboty. AI zmapovala nastupující technologie
21stoleti.cz
Od rozšířené reality po měkké roboty. AI zmapovala nastupující technologie
Wikipedie je v mnohých ohledech neocenitelný pomocník, zejména její anglická verze, která je podle některých výzkumů dokonce přesnější než slavná Encyclopedia Britannica. Nyní se internetová studna zn
Sušené maso zvládnete i podomácku
panidomu.cz
Sušené maso zvládnete i podomácku
Sušené maso neboli jerky si už několik let získává příznivce i u nás. Kdysi to bylo cosi neznámého, o čem jsme jen kdysi četli v knihách o americkém západě. Dneska si je můžeme klidně koupit, ale také, což je ještě lepší, sami udělat. Můžete si je dát jen tak pro chuť, ale oceníte je i
Paul von Lettow-Vorbeck: Lev Afriky doháněl Brity k šílenství
historyplus.cz
Paul von Lettow-Vorbeck: Lev Afriky doháněl Brity k šílenství
Má mnohem méně mužů a vázne mu zásobování. Vorbeck přesto dokáže Brity několikrát porazit. Podaří se mu to díky odvaze a schopnosti improvizovat. Ve válce o německé kolonie přinutí protivníka přisunout do Afriky početné posily. A přesně o to mu jde – když jsou britští vojáci tady, nemohou škodit Němcům v Evropě! Vojáků z povolání
Letoun Adolfa Hitlera: Prominentní pasažér měl k dispozici i křeslo s padákem
epochaplus.cz
Letoun Adolfa Hitlera: Prominentní pasažér měl k dispozici i křeslo s padákem
Budoucí vůdce třetí říše se letadlům nevyhýbal již v době, kdy usiloval v Německu o absolutní politickou moc. Proslulé byly například jeho přesuny letadlem v rámci předvolebních kampaní. Po uchopení moci už bylo jen otázkou času, kdy vznikne osobní Hitlerův letoun. V první polovině třicátých let používal budoucí diktátor běžný dopravní letoun Junkers Ju-52. Nutno
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