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
Suzuki Motor Corporation nabízí k bezplatnému využívání 34 patentů na zařízení pro sběr mikroplastů u závěsných lodních motorů. Tento krok je součástí závazku společnosti podporovat ochranu mořského prostředí a přispívat k rozvoji udržitelné společnosti.   Plastový odpad v oceánech představuje významný globální environmentální problém. V reakci na tuto situaci Suzuki vyvinula první zařízení na světě […]
Lesy jsou jedním z nejdůležitějších ekosystémů na Zemi. Ukládají uhlík, chrání půdu i vodní zdroje a poskytují domov milionům druhů. Přesto z planety každoročně mizí rozsáhlé lesní plochy. Co za tím skutečně stojí – a které rozšířené představy jsou spíš mýtem? Co lesy skutečně ohrožuje, kde je situace nejvážnější a jakou roli v tom hraje […]
Povrchová voda v českých nádržích se za posledních 30 let výrazně oteplila – ohřívá se tempem v průměru o více než půl stupně Celsia za dekádu. Nejrychlejší změny jsou přitom patrné v dubnu, kdy se teplota vody každých deset let zvyšuje dokonce o 1 stupeň.   Unikátní studie hydrobiologů z Biologického centra Akademie věd ČR, […]
Volvo Trucks představuje novou generaci elektrických nákladních vozidel, která výrazně rozšiřuje možnosti bezemisní dopravy. Nové modely přinášejí vyšší výkon, větší flexibilitu i delší dojezd – v případě dálkového tahače až 700 kilometrů na jedno nabití. Automobilka tak reaguje na rostoucí poptávku po elektrifikaci i v segmentu těžké dopravy. Volvo Trucks dlouhodobě patří mezi lídry v […]
reklama
Historie
Baťův dělník musel dbát i na osobní hygienu
V rychlosti posnídá černý chléb s meltou a už pádí do práce. Směna mu začíná přesně v sedm hodin a pan šéf nedochvilnost nestrpí…   Petr je vyučený švec, a tak to s přijetím do firmy Baťa měl jednodušší než ostatní uchazeči o práci. I on ale musel projít náročným výběrovým řízením. Nejprve vyplnil dotazník […]
Karlsruhe: Město ve tvaru vějíře vyrostlo nejen kvůli tulipánům
Strávil odpoledne ve své oblíbené oboře nedaleko Durlachu. Unavený Karel Vilém si na chvíli zdřímne pod stromem. Zdá se mu sen o paláci zalitém sluncem, od něhož se jako z vějíře rozbíhají městské ulice. Tak zní jedna z pověstí o vzniku Karlsruhe…   Řadu let sloužil v císařské armádě. Zasáhl i do války o španělské […]
Podvodník Harry Jelínek udělal obchod století
Usměvavý gentleman pokyne mladému manželskému páru: „Tudy prosím.“ Pozve ho na prohlídku „svého“ starobylého rodového sídla. Moc rád by jim ho totiž prodal. Co na tom, že se jedná o státní hrad Karlštejn.   Je to jeden výmysl za druhým. Už přezdívka Harry (asi 1905–1986) je falešná, stejně jako titul z medicíny, kterým se ohání. Rodák […]
Nechal stvořitel Pinocchia svého hrdinu zemřít?
Pohrdne povoláním kněze, je zklamán politikou a sám velkovévoda mu zruší noviny. Pak ale najde smysl života a napíše jednu z nejobdivovanějších dětských knížek na světě.   Dlouho nic nenasvědčuje tomu, že by se z Carla Lorenziniho (1826–1890) z Florencie měla stát světová celebrita. Jeho matka Angiolina pracuje jako švadlena, otec Domenico je kuchař a z Carlových deseti sourozenců […]
Zajímavosti
Golfový míček: Malá koule s velkým příběhem
Rozmáchnout se, odpálit a pak už jen sledovat dráhu míčku. V takovou chvíli golfisty pramálo zajímá jeho historie! Ale je to příběh plný zajímavých momentů, náhod i kreativity, které formovaly dnešní podobu hry.   Legenda praví, že prvním golfistou mohl být obyčejný pastýř. Jednoho dne se nudí, máchne holí a trefí kámen, který zapadne do […]
Margaret Thatcherová: Železná Lady i nadaná pianistka
Hotelem Grand v jihoanglickém Brightonu otřese 12. října 1984 ve 2:54 ráno mohutná exploze. Přední fasáda domu se odloupne, jako by byla z marcipánu, a sesune se k zemi. Za ní ční ohromná díra. Atentátníci ukryli bombu již před několika týdny do koupelny pokoje 629. Na místě zůstane pět mrtvých. Ta, na kterou cílí, ale přežije…   Schodiště […]
Pámelník bílý: Jedovatá krása, praskající pod botou
Bílé kuličky na podzim lákají k utržení. A ještě víc k tomu, abyste na ně šlápli a těšili se z tichého lupnutí. Tato ozdoba parků i divokých strání je půvabná, ale i trochu záludná. Zatímco zvířata si na ní ráda pochutnají, lidé by měli být obezřetní. Ale indiáni z jejích větví dělají dýmky i šípy! […]
Panamský průplav: Technický zázrak a hrob tisíců lidí
Propojí dva oceány a ušetří lodím 12 000 km dlouhou plavbu kolem Jižní Ameriky. Cesta k úspěchu je ale draze vyplacena. Stane se sice inženýrským triumfem, ale také masovým hrobem tisíců bezejmenných dělníků.   Panamská šíje odděluje Atlantský a Tichý oceán. Ve svém nejužším místě je necelých 50 km široká. Nápad prokopat ji a ušetřit […]
Záhady a napětí
Temný přízrak z Islandu: Duch vyvolaný k vraždě?
Na islandské farmě Hörghóll se podle staré legendy zrodí pomsta tak temná, že překročí samotnou hranici smrti. Uražený nádeník Ívar se prý po hádce s farmářovým synem Kristjánem uchýlí k něčemu zapovězenému: vyvolá mrtvého muže a pošle jej zabíjet! Tak se má zrodit Hörghóll-Móri, jeden z nejděsivějších islandských duchů. Je jen výplodem drsné severské fantazie?   Na […]
Pátrání po arše úmluvy v roce 2026: Mohla mít jiný účel?
Záhadami opředená archa úmluvy k sobě stále poutá pozornost. Umístění této truhly obsahující nejcennější židovské náboženské předměty včetně desek s desaterem přikázání, je totiž i v roce 2026 neznámé. Podaří se to změnit díky novým objevům, které před několika měsíci představil egyptolog David A. Falk?   Myslíte si, že o arše úmluvy už v současnosti víme úplně všechno? […]
Zázrak z jihu Francie: Má voda z prastaré rakve léčivou moc?
V malé francouzské osadě Arles-sur-Tech se nachází kamenný sarkofág, který už po staletí mate poutníky i vědce. Každý den se v něm objevuje jeden až dva litry čisté vody, přestože není napojen na žádný pramen. Věřící ji považují za svatou a připisují jí léčivé účinky. Vědci zase hledají přirozené vysvětlení tohoto podivného jevu. Co se […]
Má pramen Klokočka zázračnou moc?
Ukrytý v lesích mezi Mnichovým Hradištěm a Bělou pod Bezdězem vyvěrá pramen, ke kterému si lidé chodí nejen pro vodu, ale také pro uzdravení. Voda z Klokočky má podle tradice léčivé účinky a už prý vykonala několik zázraků. Přesto nemá statut ani lázeňské lokality, ani nijak vyhledávaného místa. Má opravdu nějaké zvláštní účinky, které opomíjíme?   Místní […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Můstek: šumavská hora ticha, větru a legendárního stoupání
epochanacestach.cz
Můstek: šumavská hora ticha, větru a legendárního stoupání
Můstek, německy Brückel Berg, je se svou nadmořskou výškou 1235 metrů nejvyšší horou Pancířského hřbetu a jedním z nejcharakterističtějších vrcholů západní Šumavy. Přestože nestojí v centru hlavních turistických proudů jako Velký Javor či Poledník, právě v tom spočívá jeho síla. Můstek si dodnes uchovává syrový horský charakter, klid a zvláštní atmosféru šumavských hřebenů, kde se
Sportovní model Belisar od Union Glashütte bude dostupný na náramku
iluxus.cz
Sportovní model Belisar od Union Glashütte bude dostupný na náramku
Pražský ateliér Chronoshop nově nabídne populární hodinky Union Glashütte Noramis Date Sport v nové podobě. Tento model , který velmi přesvědčivě spojuje vintage estetiku s moderním sportovním charakt
Bylinky zvýrazní chuť masa
panidomu.cz
Bylinky zvýrazní chuť masa
Aby se jednotlivé chutě nerušily či nepřebíjely, je třeba zvolit vhodné bylinky k tomu správnému druhu masa. Které nám navíc umožní obejít se bez koření? To vám prozradí následující článek. Do mletého masa je vhodné přidat: Libeček, který svou vůní připomíná polévkové koření, proto se mu u nás říká vegeta nebo maggi. Když je čerstvý,
William Shakespeare: Kdo se ve skutečnosti skrývá za slavným jménem?
enigmaplus.cz
William Shakespeare: Kdo se ve skutečnosti skrývá za slavným jménem?
Mohlo by se zdát, že život jedné z největších literárních osobností všech dob bude detailně zdokumentován. Opak je ale pravdou! Nejenže nikdo neví, jak vlastně proslulý autor nesmrtelných divadelních
Jste pořád vyčerpaná? Možná vašemu tělu něco chybí
nejsemsama.cz
Jste pořád vyčerpaná? Možná vašemu tělu něco chybí
Když se k tomu přidají ještě padající vlasy, lámající se nehty, suchá a svědivá kůže, která praská, a mastná pleť, zbystřete! Občas jsme unavené všechny, ale pokud únava přetrvává několik týdnů, je jasné, že se něco děje. Zvlášť pokud trpíte malátností, máte suchou pokožku, dělají se vám v ústech afty, bolí vás dásně a praskají
Osud nyní odměnil Danu Syslovou láskou?
nasehvezdy.cz
Osud nyní odměnil Danu Syslovou láskou?
V poslední době měli mnozí o herečku obavy. Z několika stran se šířily informace, že Dana Syslová (80) znovu řeší závažné zdravotní problémy. Pokolikáté už v životě! Vypadá to, že i tentokrát here
Může nespavost stát za nárůstem rakoviny u mladších lidí?
21stoleti.cz
Může nespavost stát za nárůstem rakoviny u mladších lidí?
Počet případů rakoviny u lidí mladších 50 let roste po celém světě způsobem, který lékaře znepokojuje už několik let. Zatímco dříve byly některé nádory považovány především za onemocnění seniorů, dnes
Mrtvý přítel mě varoval ve snu
skutecnepribehy.cz
Mrtvý přítel mě varoval ve snu
Před pěti lety mi zemřel dobrý kamarád Standa, který byl jako můj bráška. Mrzelo mě, že už se nikdy neuvidíme. Standa se ale přece jen ukázal. Dalo by se říct, že jsme spolu se Standou vyrůstali. Díky tomu jsme k sobě měli velmi blízko. Když mi Standa jednoho dne řekl, že má nádor v hlavě, nenapadlo mě,
Muži je nosí jako první. Teprve poté vysoké podpatky ovládnou ženy
epochaplus.cz
Muži je nosí jako první. Teprve poté vysoké podpatky ovládnou ženy
Když dnes žena vkročí do místnosti na vysokých podpatcích, málokdo tuší, že tenhle módní symbol elegance původně vůbec nevzniká pro ženy. Podpatky nosí vojáci, jezdci na koních i králové. Až později se z nich stává jedna z nejvýraznějších ženských zbraní. Historie podpatků je přitom plná marnivosti, politických gest i bolestivého balancování mezi módou a praktičností.
Soluňská rotunda byla antickým chrámem, kostelem i mešitou
historyplus.cz
Soluňská rotunda byla antickým chrámem, kostelem i mešitou
Je asi nejcennější a nejkrásnější římskou památkou ve městě. Současně patří k nejstarším křesťanským kostelům, které se v řecké Soluni dochovaly, a k unikátnosti Galeriovy rotundy přispívá také fakt, že nějakou dobu sloužila jako mešita. Byla vybudována v Soluni na počátku 4. století. Neobvyklou stavbu na kruhovém půdorysu si objednal římský císař Galerius Valerius Maximianus
Růžové makronky
tisicereceptu.cz
Růžové makronky
Malé křehké cukroví původem z Itálie si už dávno oblíbili Francouzi a po nich celý svět. Potřebujete 110 g bílků 140 g mandlové mouky 120 g cukru moučky 110 g cukru krupice gelové potravinář
Plevel ovládl váš trávník? Možná děláte tuhle zásadní chybu
rezidenceonline.cz
Plevel ovládl váš trávník? Možná děláte tuhle zásadní chybu
Pokud váš trávník po zimě připomíná spíš flekatý koberec než lákavý zelený porost, není to náhoda. Jaro vždy nemilosrdně odhalí místa, kde plevel využil náskok, který získal ještě před začátkem sezóny. Dobrou zprávou je, že právě teď máte šanci změnit pravidla hry. Když půda volá o pomoc Důvod, proč se plevele na jaře chovají životaschopněji
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