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
V temných hlubinách oceánu, kam nikdy nepronikne sluneční světlo, našli vědci něco mimořádného. Na dně jihovýchodního Indického oceánu se rozprostírá obrovské „velrybí pohřebiště“ – místo, kde se po miliony let hromadily kostry velryb. A přestože jde na první pohled o říši smrti, ve skutečnosti zde bují překvapivě bohatý život. Mezinárodní tým vědců objevil tuto podmořskou […]
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, […]
reklama
Historie
Zvrhla se lidová zábava v masakr?
Lidé se tlačí u amsterdamského kanálu. Mladý muž se z plující loďky snaží sundat živého úhoře zavěšeného nad hladinou na laně. Zavrávorá a padá do vody. Diváci křičí a smějí se.   Nevinná pouliční zábava, dalo by se říct. V nizozemských městech má svou tradici, hlavně v lidových čtvrtích. Aspoň na chvilku se při ní můžou […]
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, […]
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
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
Rachot, kterého se báli démoni: Jak chrastidla ovládla magické obřady po celém světě
enigmaplus.cz
Rachot, kterého se báli démoni: Jak chrastidla ovládla magické obřady po celém světě
Chrastidlo v dlani šamana nezní jako obyčejný hudební nástroj. Každé zatřesení podle dávných představ otevírá cestu mezi světem lidí a říší duchů, zahání zlé síly nebo naopak přivolává pomoc předků. A
Rybízový koláč se sněhem
nejsemsama.cz
Rybízový koláč se sněhem
Křehký koláč s rybízovou náplní a pokrývkou z bílkového sněhu uspokojí i ty nejnáročnější mlsné jazýčky. Na 8 porcí potřebujete: ✿ 250 g hladké mouky ✿ 150 g hery ✿ 80 g cukru moučka ✿ špetku soli ✿ 1 vejce ✿ 1 lžíci zakysané smetany ✿ 3 lžíce strouhanky ✿ máslo ✿ 600 g rybízu ✿ 3 lžíce cukru Sníh: ✿ 5 bílků ✿ špetku soli ✿ 1 lžíci
Vladimír Vochoč bojoval s nacisty razítkem
historyplus.cz
Vladimír Vochoč bojoval s nacisty razítkem
„Uprostřed největšího chaosu zachovával klid a rovnováhu, konzumuje při práci nesčetné množství šálků černé kávy a kouře doutník za doutníkem,“ vzpomíná s obdivem na Vladimíra Vochoče jeden z jeho kolegů. Zkušený diplomat, jenž šéfuje konzulátu v Marseille, pomáhá demobilizovaným čs. vojákům a současně se snaží zachránit co nejvíce židovských uprchlíků. S nacisty rozehraje nebezpečnou hru, která ho může
Zrcadlová poleva vyžaduje pečlivost
panidomu.cz
Zrcadlová poleva vyžaduje pečlivost
Určitě jste o ní slyšeli, protože je to hit posledních let, který se pravidelně objevuje na nejednom kuchařském blogu. Angličané ji nazývají mirror glaze, tedy zrcadlová poleva, a opravdu se jako zrcadlo blyští. Pokud vás napadlo, že byste si ji také rádi zkusili, klidně se do toho dejte. A jaký že zázrak způsobí, že vytvoříte
Pomazánka ze sladkých brambor
tisicereceptu.cz
Pomazánka ze sladkých brambor
Postup přípravy je opravdu jednoduchý a rychlý. Batáta vám navíc dodá důležité vitaminy. Ingredience 300 g sladkých brambor lžíce olivového oleje ¼ lžičky soli 100 g pekanových ořechů lžíce
Francouzský trh dnes otevírá své brány na Kampě
iluxus.cz
Francouzský trh dnes otevírá své brány na Kampě
Na pražské Kampě začíná již 19. ročník Francouzského trhu, který až do neděle 19. července promění jedno z nejmalebnějších míst metropole v živou ochutnávku francouzské gastronomie, kultury a životníh
Rok bez léta: Když i v červenci mrzne a lidé nevěří vlastním očím
epochaplus.cz
Rok bez léta: Když i v červenci mrzne a lidé nevěří vlastním očím
Je duben 1815 a na indonéském ostrově Sumbawa vybuchuje sopka Tambora. Nikdo tehdy netuší, že oblaka popela a oxidu siřičitého změní počasí téměř na celé planetě. O rok později přichází něco, co dějiny zapíší jako „Rok bez léta“. Mrzne uprostřed června, úroda mizí před očima a hlad se stává každodenní realitou. Na první pohled vypadá
Obtočila si Rychlíková bývalého znovu kolem prstu?
nasehvezdy.cz
Obtočila si Rychlíková bývalého znovu kolem prstu?
To jsou zvraty! Ještě před nedávnem bývalý přítel herečky ze seriálu Kamarádi Sáry Rychlíkové (27), její kolega Marek Lambora (31), zářil vedle nové přítelkyně, herečky Jindřišky Hanušové (25), která
Zahrada plná zlatých a stříbrných květin
rezidenceonline.cz
Zahrada plná zlatých a stříbrných květin
Otevřenost a víra v sebe. Asi tak by bylo možné stručně vyjádřit motto, jež stojí za podnikatelskou filozofií Milady Bláhové. Po patnácti letech práce fotografky se věnovala tvorbě šperků, v roce 2019 pak přišel její manžel s nápadem založit značku GIYOU, zaměřenou na unikátní květiny ze stříbra a zlata. Šperkařina byla přitom jenom jednou stránkou projektu, důležitý byl i jejich užitek a emoce,
Zachránila nás černá ovce naší rodiny
skutecnepribehy.cz
Zachránila nás černá ovce naší rodiny
Otec tvrdil, že bude mít z mého bratra smrt. Byl úplně jiný než my všichni na vsi. Měl ambice, chtěl studovat a to mu táta nemohl odpustit. Táta i máma měli, jak se říká, tvrdé palice, často se hádali a já si s nimi nezadala. Snad proto mi táta dával přednost před bráchou, který byl tichý a zakřiknutý. Poprvé se bratr
Nová šance pro zrak: zlínská banka urychluje transplantace rohovek
21stoleti.cz
Nová šance pro zrak: zlínská banka urychluje transplantace rohovek
V Česku se ročně provede zhruba pět set transplantací rohovky. Tyto zákroky, kterým se odborně říká keratoplastiky, patří k nejčastějším transplantacím na světě, hned po transplantacích srdce, ledvin
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