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
reklama
Související články
Před sedmi lety zaujal Lenku Caisovou z Biologického centra Akademie věd ČR při procházce v přírodě nenápadný, ale velmi zvláštní mech. Při podrobnější laboratorní analýze vědkyně odhalila, že se nejedná o mech, ale o dosud neznámou, mnohobuněčnou zelenou řasu. Pojmenovala ji Draparnaldia erecta a záhy rozpoznala její potenciál stát se mimořádně zajímavým výzkumným objektem pro […]
Severně od Brna se rozkládají rozsáhlé lesy patřící Mendelově univerzitě, které slouží jako unikátní přírodní laboratoř pro studenty Lesnické a dřevařské fakulty. Tento jedinečný areál o rozloze 10 500 hektarů, známý jako Školní lesní podnik Masarykův les Křtiny, otevírá své brány široké veřejnosti v rámci Dne otevřených dveří. Den otevřených dveří je jedinečnou příležitostí nahlédnout […]
Tento fascinující snímek zachycuje příběh o životě a smrti na mikroskopické úrovni…Zvětšený 10krát a pořízený prostřednictvím skládání fotografií a odraženého světla, zobrazuje vajíčko neidentifikovaného hmyzu, které se stalo hostitelem larvy parazitické vosy. Působí to krutě, přitom je to přirozená součást přírodního cyklu a ukazuje, jak neuvěřitelně složitý a propojený svět hmyzu je. Vosí larva, která […]
Říká se mu velbloud rostlinné říše, protože je suchovzdorný, což je při současných klimatických změnách u plodin nedocenitelnou vlastností. Čirok v naší zemi zatím málo známe, ale je pátou nejpěstovanější obilninou světa.   Čirok je v České republice proti majoritním obilninám – pšenici, rýži a kukuřici, zatím okrajový, globálně však představuje významnou zemědělskou plodinu. Základem […]
reklama
reklama
Historie
Kradl Karel May z pomsty?
Páté dítě v chudé rodině obvykle není předurčeno k velkým cílům, ale zatímco rodiče Karla Maye mají plné ruce práce s obživou, je tu naštěstí babička, která mu čte a vypráví.   Ve škole chlapec patří k nejnadanějším a učitelský seminář dokončí, i když nad ním visí hrozba vyloučení pro krádež šesti svíček. Na učitelských místech pak Karel May […]
Jak se vykrmují zápasníci sumó?
Sumó se v Japonsku těší oblibě už více než 1000 let. Již na přelomu 1. a 2. tisíciletí n. l. zápasy navštěvovali jako diváci sami císařové. Kdejaký chlapec pak toužil stát se bojovníkem, jehož proslulost by dosahovala ke hvězdám…   Zápasníci sumó se sdružují v tzv. stájích, které fungují jako rodina. Během výcviku se neopouštějí, […]
Anglický misionář doplatil na zločin jiných
Kajuta se naklání ze strany na stranu. Skrz okno jsou vidět temné bouřkové mraky a blesky křižují oblohu…   Johnu Williamsovi (1796–1839) je necelých 20 let, když se roku 1816 vypraví pod záštitou Londýnské misionářské společnosti do Tichomoří. Celých 20 let se pak plaví mezi zdejšími ostrovy, kde mezi domorodci úspěšně šíří křesťanství. Kromě toho […]
Poražený král ve zbroji skočil do moře
Na konci 10. století je Norsko rozdělené jako nikdy předtím. Příčinou je náboženství. Dosud nejmocnější muž země Haakon Sigurdsson se ji pokouší sjednotit, ale nejde s dobou a drží se tradiční víry ve staré severské bohy.   Má však mocné odpůrce, kteří prosazují křesťanství. Patří k nim především Olaf Tryggvason (asi 960–1000). Dlouho žil v zahraničí, nejprve velel […]
Zajímavosti
Rybí prsty: Zlatavá pochoutka stará 125 let
Rychlé, chutné, křupavé – Rybí prsty sice jako první uvede na trh americká společnost, ale je to nefalšovaný britský vynález, často považovaný za jeden ze symbolů Spojeného království…Není to však výdobytek moderní doby, první zmínky o tomto pokrmu jsou staré 125 let.   Termín rybí prsty (fish fingers) je poprvé zmíněn v receptu v populárním […]
Opiová doupata: Z Číny až do Moulin Rouge!
Rostou jako houby po dešti. Některé luxusní jako paláce, jiné spíš jako zaplivané brlohy. Ve všech to však vypadá podobně. Polehávají tu uvolnění kuřáci, kteří za pomoci bambusových dýmek sní své opiové sny.   Tradice podniků poskytujících azyl kuřákům opia se rodí v Číně, v době, kdy je jeho kouření výsadou elity a společenským rituálem […]
Frank Capone: Brutálnější než bratr Al
Duben roku 1924. Volební místnosti na chicagském předměstí Cicero se otevírají. V té chvíli před nimi se skřípěním brzd zastavují auta plná mafiánů. Mají v rukou pistole, samopaly i baseballové pálky. Tyto volby rozhodně nebudou čisté.   Příjemný sluneční den na přelomu století zastiňuje už jenom bída newyorské chudinské čtvrti plné italských přistěhovalců. Tady víc než peníze […]
Fosa: Nepolapitelná královna Madagaskaru
Ve známém americkém filmu Madagaskar z roku 2005 se lemuří král Jelimán proslaví dvěma věcmi: strašně rád trsá a hrozně se bojí tajemného stvoření se záhadným jménem fosa. K tomu druhému má dobrý důvod nejen on, ale i skuteční madagaskarští lemuři. Fosa totiž není výplodem fantazie filmařů a na lemury má pořádně spadeno!   Je […]
Záhady a napětí
Americká základna v obležení: Záhadné drony přicházely 17 nocí po sobě!
Nad leteckou základnou Langley ve východní Virginii se po 17 nocí v kuse objevují záhadné drony. Jejich náhlými průlety jsou znepokojení i představitelé Pentagonu, protože se v okolí základny nachází řada citlivých zařízení národní bezpečnosti. Kdo za nálety dronů stojí a čeho se snaží dosáhnout?   Už několik měsíců stránky novin zaplňují zprávy o masových […]
Ničivý požár ve Wisconsinu: Stal se při něm zázrak?
Na podzim roku 1871 se americký stát Wisconsin ocitne v plamenech. Nejničivější požár v historii Spojených států, známý jako Peshtigo Fire, zničí tisíce domovů, pohltí 1,3 milionu akrů lesa a připraví o život asi 2500 lidí. Mezi tímto nezměrným utrpením se však objevuje příběh, který mnozí označují za zázrak. Zastavila při něm oheň sama Panna […]
Záhadný klín z Aiudu: Pozůstatek dávné vyspělé civilizace nebo část mimozemské lodi?
Archeologové čas od času objeví v zemi něco, co je na první pohled překvapí. Nálezy, které by dokázaly přepsat učebnice dějepisu, ale nejsou příliš časté. Většinou se ukáže, že šlo o něco úplně jiného, než se zprvu zdálo. To se ale netýká objevu od rumunské řeky Mures, který dodnes mate vědce, protože se úplně vymyká našemu […]
Tajemná spisovatelka Pearl Curranová: Diktoval jí romány duch?
Před zamyšlenou Pearl Curranovou leží právě dopsaný román Telka. Obsahově ani stylisticky není nijak zvlášť výjimečný. Pozornost si přesto zaslouží. Ačkoli ho Curranová napíše, ona sama tvrdí, že není jeho autorkou. Jak to? Slova jí měl nadiktovat duch. Komu měl patřit a jak s ním mladá Američanka navázala spojení?     Na stole leží deska, […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Pečené lišky
tisicereceptu.cz
Pečené lišky
Ve specializovaných obchodech koupíte lišky po celý rok. A tak si i kdykoliv můžete dopřát tuto dobrotu. Suroviny na 4 porce 500 g čerstvých lišek 100 g másla 2 cibule 100 g anglické slaniny
Alan Turing: Muž, který zkrátil druhou světovou válku
21stoleti.cz
Alan Turing: Muž, který zkrátil druhou světovou válku
Nacisté používali pro kódování vojenských zpráv šifrovací stroj Enigma. Věřili mu natolik, že považovali za nemožné, aby jeho kódy někdo rozluštil. A přeci se to britskému matematikovi a jeho spolupra
Hurá na Lipno! Z lyží a korun stromů přímo na brusle a do vířivky
epochanacestach.cz
Hurá na Lipno! Z lyží a korun stromů přímo na brusle a do vířivky
Pohodová, plná zážitků, relaxující a zkrátka skvělá. Taková je dovolená v údolí naší největší vodní nádrže. Lipenský areál nabízí rok od roku čím dál širší paletu možností, jak trávit vaše volné dny. A abyste si onu paletu vychutnali vrchovatými doušky, nemusíte čekat do léta. Naopak! Přiznejme si, že zima je už za dveřmi… Nechte se
Vanilkové cupcakes
nejsemsama.cz
Vanilkové cupcakes
Luxusní cupcakes (čti: kapkejks) překvapí nadýchanou konzistencí korpusu i krému. Potřebujete: ✿ 1 vejce ✿ 1 lžičku vanilkového extraktu ✿ 60 g másla ✿ 100 g cukru krupice ✿ 140 g hladké mouky ✿ 1 lžičku kypřicího prášku ✿ 1 lžičku jedlé sody ✿ špetku soli ✿ 150 ml podmáslí Krém: ✿ 500 g másla ✿ 150 g moučkového cukru ✿ 1/2 lžičky vanilkového extraktu 1. Vejce vyšlehejte s vanilkovým
Případ z Bermudského trojúhelníku: Chtěli pomoci a zmizeli beze stopy!
enigmaplus.cz
Případ z Bermudského trojúhelníku: Chtěli pomoci a zmizeli beze stopy!
Námořní oblast mezi jižním cípem Floridy, Portorikem a Bermudami známá jako bermudský trojúhelník je obávanou zónou, se kterou je spjato mnoho děsivých příběhů o tom, jak někdo nebo něco nenávratně zm
Vášeň Vignerové na parketu!
nasehvezdy.cz
Vášeň Vignerové na parketu!
Po delší době se manželé Aneta Vignerová (37) a Petr Kolečko (40) objevili na veřejnosti a na Plese jako Brno to pořádně rozjeli. Předtím se špitalo, že řeší vztahové problémy. Kolečko měl mít úda
Geometrie pod africkým sluncem
rezidenceonline.cz
Geometrie pod africkým sluncem
Velkolepá stavba s ohromujícím výhledem na Kapské Město připomíná uměleckou skulpturu. Designéři architektonické společnosti ARRCC promítli do realizace svého návrhu nejen vizi zadavatelů, ale rovněž působivé umístění vily. Dům definovaný sklem a betonem. Tak by bylo možné nejvýstižněji charakterizovat jednoduchou a strohou, a přesto nesmírně působivou rezidenci ležící v Jižní Africe. Chcete-li příklad obydlí, kde
Dynamit aneb jak udělat díru do světa
epochaplus.cz
Dynamit aneb jak udělat díru do světa
„Moje továrny na dynamit zřejmě ukončí války dříve než všechny ty vaše kongresy. Ten den, kdy dva armádní sbory budou schopné zničit jeden druhého během sekundy, se všechny civilizované národy s hrůzou odvrátí od války a rozpustí své armády,“ prohlásil Alfred Nobel po vynálezu dynamitu. Bohužel se nemohl více mýlit. Ze školy do továrny Alfred Nobel
Sypání ptáčkům připravte sami
panidomu.cz
Sypání ptáčkům připravte sami
Věděli jste, že čím je ptáček menší, tím více potřebuje energie, aby za chladných nocí neumrzl? Například sýkorka modřinka, která váží pouhých 10 gramů, spálí za mrazivé noci až 2 gramy svých tukových zásob, aby udržela tělíčko v teple? Na čem si pochutnají? Slunečnicová semínka – jsou bohatá na olej, ptákům chutnají a dodají jim
Jak se Mates postaral o nového člena rodiny
skutecnepribehy.cz
Jak se Mates postaral o nového člena rodiny
Když si dcera přinesla králíčka, měli jsme doma už několik let kocoura. Báli jsme se, jak toho chlupáčka s dlouhýma ušima přijme. Byla jsem tehdy těhotná, čekali jsme druhé dítě. Aby mi manžel ulevil, vzal na víkend ke svým rodičům naši čtyřletou dcerku Milušku. Byla jsme mu za to vděčná, s malým dítětem nelze příliš odpočívat. Proležela
Nová francouzská pekárna Bread Society nabízí osvědčený recept na štěstí
iluxus.cz
Nová francouzská pekárna Bread Society nabízí osvědčený recept na štěstí
V pražských Košířích otevřela nová francouzská pekárna Bread Society. V její nabídce najdete nejen obligátní croissanty, choux a další sladké pečivo, ale také bagety a kvasový chléb. Majitelkou pekárn
Bílá hora: Zradil stavy výběr lokality?
historyplus.cz
Bílá hora: Zradil stavy výběr lokality?
Stavovské oddíly se zastavují v předpolí Strahovské brány na Bílé hoře. Vrch, který dostal svůj název podle barvy opuky, jež se zde těžila, skýtá pro stoupence Fridricha Falckého oproti nepříteli velkou výhodu. Katolíci navíc k místu budoucí bitvy přitáhnou až nad ránem 8. listopadu a terén tak nestihnou pořádně obhlédnout.   Pravé křídlo stavovského vojska
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