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
Staré stromy, zejména duby, jsou klíčem k zachování přírodní rozmanitosti našich lesů. Poskytují totiž útočiště tisícům vzácných a ohrožených druhů. Právě na jednom z takových stromů se po více než 100 letech podařilo vědcům objevit lesknáčka dubového, jednoho z nejvzácnějších evropských brouků.   Dosud byl  znám z několika ojedinělých, převážně historických nálezů z jižní a […]
Až se v březnu 2026 (snad) od startovací rampy Kennedyho kosmického střediska na Floridě odlepí obří raketa SLS se čtyřmi astronauty na palubě, zamíří spolu s nimi k Měsíci i 6 čipů pro měření kosmické radiace dodaných pražskou firmou ADVACAM. České komponenty jsou srdcem systému HERA (Hybrid Electronic Radiation Assessor).   Přístroj vyvinutý NASA má za […]
Český vědecký tým zaujal mimořádný buk albín z Moravského krasu. Metr vysoký strom postrádá chlorofyl a přestože nefotosyntetizuje, roste zhruba 30 let. Odborníci se zaměřili na zdroje, ze kterých strom získává cukry, aby přežil. Výsledky publikovali v časopise Tree Physiology.   Buk na Blanensku nemá jediný zelený list, přitom zelené barvivo v listech je nezbytné […]
Svět módního průmyslu se znovu posouvá směrem k udržitelnosti a inovacím…Americký start-up Galy pracuje na laboratorně pěstované bavlně. Tento krok by podle odborníků mohl představovat jednu z nejzásadnějších změn v produkci textilních materiálů za poslední desetiletí.   „Šetrné hospodaření s přírodními zdroji je v módním průmyslu možné – a platí to i napříč dalšími segmenty. […]
reklama
Historie
Dlouhá jízda: Barokní unikát lemují 7,5 metru vysoké zdi
Zámek v Děčíně jim patřil přes 300 let. Thun-Hohensteinové původem z jižního Tyrolska mu vtiskli současnou podobu, a to dvěma zásadními přestavbami. Při té první k zámeckému areálu vybudovali novou přístupovou cestu, která je zcela ojedinělou barokní stavbou svého druhu v Čechách.   Na dvoře císaře Leopolda I. (1640–1705) si v průběhu let vydobyl pevné […]
Vyvíjel Bell telefon s uchem mrtvoly?
„Pane Watsone, přijďte sem, prosím,“ telefonuje šéf svému asistentovi do vedlejší místnosti. Na první pohled na tomto hovoru není nic výjimečného. Až na to, že je to úplně první telefonní hovor historie.   Rodák ze skotského Edinburghu Alexander Graham Bell (1847–1922) má mnoho zájmů. Hraje na klavír, studuje jazyky, ale především ho fascinuje věda. Okouzlí […]
Výletní místo se změnilo v tábor smrti
Bělehrad prochází ve 30. letech minulého století výraznou architektonickou proměnou. Jedním ze symbolů modernizace hlavního města tehdejšího Království Jugoslávie má být průmyslové výstaviště Staro Sajmište.   Rozlehlý areál u řeky Sávy je otevřen v září 1937. Podívat se do něj přijdou davy lidí, které mohou obdivovat nazdobené výstavní pavilony či centrální věž s televizním vysílačem. […]
Král Gustav válel na tenisovém kurtu
„Je tak slaboučký. I vítr by ho odfouknul,“ šuškají si o švédském princi Gustavovi dvořané. Nejstarší syn švédského a norského krále Oskara II. a jeho manželky Žofie Nassavské  síly opravdu moc nepobral.   Jako dítě je hubený a neduživý a musí ho léčit dokonce elektrošoky. O to víc touží být Oskar (1858–1950) zdravý, a proto […]
Zajímavosti
Tisíciletý smích: Antika plná vtipů
Dávní Řekové sice milují filozofii a hluboké myšlenky, ale také se rádi zasmějí. Dobře dochovaná (a známá) sbírka vtipů totiž pochází z Řecka ze 4. nebo 5. století, tedy z konce starověku, a nese název Filogelos (Milovník smíchu).   Najdeme v ní 265 vtipů různého zaměření a námětů, kde často vystupuje postava scholastika. Někteří badatelé […]
Ponorka Titan: Co vedlo k její tragédii?
V hloubce 3800 metrů v Atlantickém oceánu hodují bakterie Halomonas titanicae na vraku nejslavnější lodi historie – parníku Titanic, který klesl do svého ledově temného hrobu 15. dubna 1912. Dne 18. června 2023 se k vraku vydává ponorka Titan…   Stockton Rush (1962–2023) pokrčí rameny: „Jestli chcete jen být v bezpečí, nevylézejte z postele.“ Rush je ředitel americké […]
Příběh švihadla: Proč je nejdřív jenom pro kluky?
Postavy na kresbách v egyptských hrobkách pletou zvláštní provaz z dlouhých stonků. Co to asi bude? Mnozí archeologové jsou přesvědčeni o tom, že švihadlo!   Příběhů o vniku švihadla existuje hned několik. Egypťané mohli pomůcku z bambusu či vinné révy používat už okolo roku 1600 př. n. l. jen tak pro zábavu nebo ke zlepšení […]
Modrá stuha: Ocenění, které pomůže zkrátit válku!
Na přelomu 19. a 20. století nejsou žádná letadla ani internetové připojení, a tak veškeré spojení mezi americkým kontinentem a Evropou obstarává lodní doprava…A právě v ní hraje prim takzvaná Modrá stuha, která je dnes už záležitostí minulosti.   Modrá stuha je vlastně výzva, jež značí tehdejší technologický pokrok. Ve zkratce jde o ocenění za […]
Záhady a napětí
Mystický pelyněk chrání, věští a odemyká tajemství
Hořká vůně, stříbrné listy a pověst byliny, která stojí na hranici mezi světy. Pelyněk provází lidstvo od antiky. Slouží jako ochranný talisman, nástroj věštců i brána do neviditelných rovin reality. Je zasvěcen bohyni Artemis, spojován s Lunou a používá se při rituálech očisty, vyvolávání vizí i k posilování intuice.   Co mají společného nizozemský malíř […]
Případ Brunovce: Útočila v obci neviditelná síla?
V tichém domě se ozvalo krátké klepání, jako by někdo neviditelný zkoušel pevnost stěn. Lampa na stole se zachvěla a židle v sousedním pokoji se bez varování převrátila. Domácí pán si právě s úlekem uvědomil, že ve svém bytě není sám – a že to, co se právě probudilo, nepatří do jeho každodenního světa. V […]
Zázračná řeka Ganga: Dokáže odplavit lidské hříchy?
Pro více než miliardu hinduistů představuje řeka Ganga posvátnou vodní tepnu, která má moc očistit duši od hříchů a osvobodit od nekonečného koloběhu znovuzrození. Přestože patří mezi nejznečištěnější řeky světa, věřící se v ní koupají, pijí její vodu a tvrdí, že je léčí. Je to pouhá víra, nebo Ganga skutečně skrývá záhadné vlastnosti?   Každoročně […]
Návrat UFO trojúhelníků? Záhadný objekt ve tvaru písmene V spatřen nad Los Angeles!
Objekty ve tvaru trojúhelníku patří mezi nejčastější a také nejzáhadnější typy UFO. Jeden takový byl v létě roku 2025 spatřen přímo nad Los Angeles, kde jej zpozorovala a natočila dvojice svědků. Nápadně se přitom podobá objektu, který nad několika americkými státy přeletěl během slavného UFO incidentu v roce 1997.   Dvojice obyvatel amerického města Los […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Nejlepší středověký lék na bolest hlavy? Prášek z egyptských mumií
epochaplus.cz
Nejlepší středověký lék na bolest hlavy? Prášek z egyptských mumií
Představte si lékárnu ve středověké Evropě, kde mezi bylinkami a lektvary najdete malé dózy s práškem z egyptských mumií. Jde o údajný lék na bolesti hlavy, žaludeční potíže i vážnější choroby. A pak si představte ateliér malíře ve 18. století, kde stejný materiál končí ve štětci, aby vytvořil teplý hnědý odstín na plátně. Popsaná vize
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
Jak si zachovat styl i když vyměníte běžné boty za holínky?
iluxus.cz
Jak si zachovat styl i když vyměníte běžné boty za holínky?
Podzimní dny s sebou často přinášejí vytrvalý déšť, bláto a nepříjemný chlad, což značně komplikuje každodenní výběr vhodné obuvi. Mnoho žen se zcela zbytečně obává, že funkční gumové boty nenávra
Pestré lasagne se zeleninou
nejsemsama.cz
Pestré lasagne se zeleninou
Jakou zeleninu použijete, záleží jenom na vás. Jisté je, že tyhle lasagne si rádi dají i vegetariáni. Ingredience: ● 500 g lasagní ● 2 konzervy sekaných rajčat ● 2 cibule ● 1 lžíce hladké mouky ● 750 g zeleniny (mrkev, paprika, řapíkatý celer, lilek, brokolice…) ● 150 strouhaného sýra výraznější chuti (čedar) ● 1 svazek čerstvé bazalky ● máslo ● sůl ● pepř Postup: Cibuli nasekejte nadrobno a zpěňte
Kakaová roláda s tvarohovou náplní
tisicereceptu.cz
Kakaová roláda s tvarohovou náplní
Můžete ji udělat pro návštěvu nebo rodině v neděli po obědě. Suroviny na 10 porcí Na těsto 5 vajec 5 lžic krystal cukru 4 lžíce polohrubé mouky 1 lžíce holandského kakaa 1 lžička prášku d
Sen ve mně probudil kořenářku, co umí léčit
skutecnepribehy.cz
Sen ve mně probudil kořenářku, co umí léčit
Ten malý, starý domek na kraji lesa mi byl tak povědomý! Jako by vystoupil z mého snu. Stála jsem tam a poslouchala, co mi radí moje skvělá babička. Když jsem nastoupila do důchodu, byla jsem třicet let rozvedená a sama. Žila jsem v městském bytě s kočkou a kanárem. Celý život jsem snila o malé chaloupce někde v lese, kde budu mít
Jaká zvěrstva se odehrávala v porodním táboře v Dětřichově?
historyplus.cz
Jaká zvěrstva se odehrávala v porodním táboře v Dětřichově?
Nejsou zde žádné ostnaté dráty ani strážní věže. Od okolních polí a přilehlého lesa ho odděluje jen obyčejný tyčkový plot. Přesto se tu za druhé světové války odehrávají strašlivé věci. Tábor v Dětřichově totiž nacisté využívají k likvidaci nežádoucích dětí!   Přes Moravu a východní Čechy má spojit Vídeň s Vratislaví. Takzvaná Hitlerova dálnice se začíná budovat v dubnu
Tajemná moc šalvěje: Co všechno bylinka dokáže?
enigmaplus.cz
Tajemná moc šalvěje: Co všechno bylinka dokáže?
Kateřina se v nově zakoupeném domě necítí dobře. Pořád ji bolí hlava, trpí úzkostmi a nespavostí. Když jí nepomohou prášky, vydá se na doporučení kamarádky ke kartářce. Dokáže jí žena pomoci? [gall
NASA přepisuje plán návratu na Měsíc. Artemis dostává novou misi a mění harmonogram
21stoleti.cz
NASA přepisuje plán návratu na Měsíc. Artemis dostává novou misi a mění harmonogram
Americká NASA oznámila zásadní úpravu architektury programu Artemis. Agentura přidává novou misi a posouvá první návrat astronautů na měsíční povrch až na rok 2028. Změna se týká především mise
Malý Bělohrad – místo, kde se budete cítit jako doma
epochanacestach.cz
Malý Bělohrad – místo, kde se budete cítit jako doma
Nejsou okázalé ani velké. Lázně Bělohrad si ale zakládají na tom, že klientům navodí pocit domova. A i kvůli tomu se sem lidé už zhruba 130 let rádi vracejí. Nejsou tu obří lázeňské koncerty ani velkolepé akce. Dokonce tu nenajdete ani pravou kolonádu. Ne že by tu nebyla. Ale mnoho lidí si jí nevšimne, ani se jí
Chronická bolest v ramenou udělá ze života peklo
panidomu.cz
Chronická bolest v ramenou udělá ze života peklo
Důvodem bolestí v ramenním pletenci mohou být různé úrazy, či zánětlivé pochody a degenerativní změny.   Vykloubení Náchylnost k poškození spočívá už v samotné konstrukci ramenního kloubu. Ten je ve srovnání s kyčlemi nebo kolenem nápadně mělký, proto právě rameno má největší sklon k vykloubení. Mikroporanění šlach Ramenní kloub obepíná rotátorová manžeta, která udržuje stabilitu
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