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
Na první pohled vypadají jako obyčejní vlci. Ale zdání klame. Na pobřeží Britské Kolumbie  na západě Kanady žije jedinečná populace „mořských vlků“ – predátorů, kteří se místo lovu jelenů a bizonů vydali na úplně jinou cestu.   Vlny a přílivy se staly jejich revírem, ryby a škeble jejich kořistí. Jsou to vlci, kteří plavou, hrabou […]
Systém Eagle.one, vyvinutý vědci z ČVUT a jejich partnery, se dostal až do zprávy Evropské komise. Umí chytat nepovolené drony do sítě a chránit tak kritickou infrastrukturu. Po obloze už dávno nepoletují jen letadla a ptáci. Drony se staly běžnou součástí života – od filmování svateb až po doručování zásilek. Jenže tam, kde nemají co […]
Když se řekne chmel, většina z nás si představí půllitr piva s poctivou pěnou. Čeští vědci mu ale přiřkli úplně jinou roli… Možná se stane nečekaným bojovníkem proti jedné z nejnebezpečnějších nemocničních infekcí – bakterii Clostridioides difficile. Tento mikroskopický padouch má na svědomí těžké průjmové infekce, které ohrožují hlavně pacienty po hospitalizaci. Léčba bývá drahá, […]
Usnout včas, spát celou noc, probudit se svěží – pro mnohé sen. Doslova. Ve světě, kde se večerní ticho mění v modré světlo displejů a hlava neumí přestat přemýšlet ani v jednu ráno, se kvalitní spánek stává luxusem.   Jenže spánek není jen odpočinek. Je to chvíle, kdy se tělo opravuje, mozek uklízí, srdce zklidňuje, […]
reklama
Historie
Létají v Yprech z věže kočky?
Náměstí je narvané k prasknutí. Všichni vzhlížejí k věži nad tržnicí. „Už letí!“ křikne kdosi. Do natěšeného davu se snáší shůry mňoukající, k smrti vyděšená kočka.   Kdo nebohé zvíře dole chytí, může si připadat jako král jarmarku. Často se lidé i o tuto trofej poperou. Co na tom, že je zvíře raněné či polomrtvé, tradice je tradice. […]
Grossmannovu vilu poznamenala rodinná tragédie
Může se pochlubit hned několika nej. Dobový tisk opěvuje její neobvyklé stavební řešení a přepychové provedení, interiér pak neváhá přirovnat k „pohádkovému paláci“!   Narodil se v Pustějově nedaleko Studénky. Se základy stavebního řemesla ho seznámí otec, který pracuje jako zednický předák. František Grossmann (1876–1933) vystuduje průmyslovku v Brně, několik let sbírá zkušenosti v různých […]
Bitva u Azincourtu: Vítězného Jindřicha V. okradli lapkové
K zemi se snáší hustý déšť. Před vlhkem není úniku, znavení a hladoví Angličané se choulí chladem. Mluví šeptem, nebo mlčí. Král ostatně nařídil ticho.   Vstal za rozednění, nechal se obléct do zbroje a zúčastnil se mše. Anglický král Jindřich V. (1387–1422) je během ní pohroužen do sebe. Nemá před sebou pěkné vyhlídky. Francouzské […]
Cechmistr musel vést příkladný život
Mezi svými cechovními druhy se těší velké vážnosti. Takové, že ho ostatní následují i do boje, když je to třeba. Jistý Vodička, představený cechu řezníků, v roce 1310 vede jeho členy do bitvy o Prahu, kterou svádí Jan Lucemburský s Jindřichem Korutanským. Za odměnu bude povýšen na pražského primátora.   Cechy, které sdružují zástupce konkrétních […]
Zajímavosti
Červený kříž: Mezinárodní pomoc se zrodí ve Švýcarsku
Na počátku nejde o nic menšího, než o prodej obilí. Finanční průmyslová mlynářská společnost hodlá využít pro pěstování celé Alžírsko – a prodávat do celého světa.   Švýcar Henri Dunant (1828–1910) je po čertech zkušený obchodník. A teď cítí velký zisk. Jenže takový obchod se neuzavírá bez posvěcení panovníků a politiků. Francouzský císař Napoleon III. […]
Giacomo Casanova: James Bond z 18. století!
Když se řekne Casanova, všichni si představí svůdníka, který se stále jen motá kolem krásných žen a sladkými řečičkami se jim snaží dostat pod sukně. Jenže Casanova je mnohem víc.   Giacomo Girolamo Casanova (1725–1798) není jen obyčejný sukničkář…Je dobrodruh, spisovatel, diplomat, léčitel, duchovní, zednář, špión, mistr intrik a improvizace, hvězda společnosti a milovník života, […]
J. K. Rowlingová: Nejslavnější spisovatelka nemá na růžích ustláno
Představovala si život úplně jinak. Místo toho je nezaměstnaná, rozvedená, s malou dcerkou, o kterou se musí postarat. Bere podporu a její byt je studená malá díra. Jediné, co jí drží nad vodou, je společnost mladého kouzelníka. Když si s problémy dokáže poradit on, ona musí taky!   Narodí se do středostavovské rodiny, ale k ideálnímu dětství to […]
Proč vyplazujeme jazyk?
Vypláznout na někoho jazyk není zrovna slušné. Ovšem vždycky to neznamená výsměch či pohrdání! Je třeba sledovat kulturní kontext, psychiku daného člověka i momentální situaci. Možných vysvětlení je mnohem víc…   Procházíte se po tibetské vesnici a kolemjdoucí na vás vyplázne jazyk. Všechno je v pořádku, vyplázněte ho na něj taky! Hlavně na venkově, kde […]
Záhady a napětí
Našla CIA Archu úmluvy?
Zlatá schránka s kamennými deskami, údajně obsahujícími Desatero přikázání. Archa úmluvy, nejsvětější relikvie judaismu, je jedním z nejhledanějších artefaktů v historii lidstva. Ztratila se přitom už před tisíci lety a dodnes nebyla nalezena. Nebo ano? Podle odtajněných dokumentů by na tuto otázku mohla znát odpověď americká CIA!   Uprostřed studené války, v 80. letech, se americké […]
Wiltshire zaplavily kruhy v obilí, policie prosí o pomoc!
Anglické hrabství Wiltshire stojí dlouhodobě v centru fenoménu agrosymbolů, záhadných obrazců v polích se zemědělskými plodinami. Zájem novinářů už sice dávno opadl, ale policie se jim musí věnovat stále stejně. Situace nyní došla tak daleko, že autority žádají veřejnost o pomoc. Najdou díky všímavým občanům jejich tvůrce?    Fenomén kruhů v obilí, jak se často, […]
Anubis: Šakalí pán smrti
Na okraji pouště, kam živý člověk zavítá jen málokdy. Tam, kde se honí divocí psi a šakali. V těchto končinách odpočívají mrtví. A dlí nad nimi pán pohřebišť a balzamování, egyptský Anubis.   Právě pro odlehlou a nehostinnou atmosféru pohřebiště získává bůh zemřelých a mumifikace Anubis, jinak také Anup, podobu muže s šakalí hlavou nebo […]
Legendární Oarfish: Ryba konce světa znovu spatřena!
Je to stříbrný had, která čeká na dnech oceánů. Obluda z hlubin, jež vypluje na povrch jen před nějakou katastrofou. To vše je Oarfish, legendární ryba, která prý jednoho dne bude zvěstovat i konec světa.   Pohybuje se v temných hlubinách oceánů. Drží se daleko od zvědavých lidských zraků a pro některé je proto pouhým […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Den plný zážitků uprostřed Jeseníků
epochanacestach.cz
Den plný zážitků uprostřed Jeseníků
Máte rádi výlety, kde je od každého trochu? Pak určitě zavítejte do Jeseníků. Do místa, kde na vás čeká krásná příroda, lehká turistika i lázeňská pohoda. Přímo ve středu Jeseníků se nachází malebná trasa, která patří mezi ty nejkrásnější v Česku. Řeč je o naučné stezce Bílá Opava. Ta vede podél zurčící horské říčky, přes dřevěné lávky i kolem
Velké domácí drama u Dyků?
nasehvezdy.cz
Velké domácí drama u Dyků?
Co se v jejich manželství děje? Hězda StarDance 2025, herečka Tatiana Dyková (47), náhle odvolala divadelní představení, kde účinkuje s manželem, Vojtou Dykem (40). To zanechalo zklamané diváky, kteř
Když srdce začne tančit kvapík
nejsemsama.cz
Když srdce začne tančit kvapík
Tachykardie, tedy zrychlený srdeční tep, může být krátkodobým jevem po fyzické námaze, ale také signálem zdravotních problémů. Je důležité vědět, jak ji rozpoznat a jakými postupy ji srovnat do latě. Srdce je klíčovým motorem našeho těla. Jeho činnost se přirozeně mění podle toho, zda odpočíváme, sportujeme, nebo prožíváme stres. Pokud ale srdeční frekvence vystoupá nad 100 tepů za minutu
Pozor na hurikány! V budoucnu budou zřejmě stále ničivější
21stoleti.cz
Pozor na hurikány! V budoucnu budou zřejmě stále ničivější
Hurikán Melissa, označovaný také za bouři století, který na konci října 2025 tvrdě zasáhl oblast Karibiku a destruktivně udeřil na Jamajku, může být podle odborníků jakousi mrazivou ochutnávkou toho,
Český Ford a jeho dealeři spojili síly proti hladu
iluxus.cz
Český Ford a jeho dealeři spojili síly proti hladu
Když se spojí dobrá vůle a týmový duch, dokáže i automobilový svět zázraky. Celá dealerská síť Fordu v České republice se zapojila do celosvětové iniciativy „Ford Building Together“, jejímž cílem je b
4 nejléčivější koření pro vaše zdraví
panidomu.cz
4 nejléčivější koření pro vaše zdraví
Ne každou medicínu musíme polykat s přemáháním. Vždyť kdo z nás by něco namítal třeba proti čaji se skořicí nebo s voňavým anýzem? Koření ovšem v onom nápoji není zdaleka jen pro zvýšení požitku. Koření v něm totiž léčí.   Anýz: pro klid v útrobách Co umí: Anýz se spolu s příbuzným fenyklem tradičně doporučoval proti nadýmání, a to i u
Fanatismus místo víry: Jak se rodí vůdci, kteří si hrají na Boha
enigmaplus.cz
Fanatismus místo víry: Jak se rodí vůdci, kteří si hrají na Boha
Když se řekne satanista, většina lidí si vybaví člověka v černém oblečení, který se neštítí ničeho, aby ukojil své temné choutky. A skutečně mnoho příznivců Satana páchalo vraždy, zneužívalo děti či t
Voňavé zapečené kloboučky
tisicereceptu.cz
Voňavé zapečené kloboučky
Lze je plnit různými chuťovkami. Suroviny na 4 porce 24 žampionů nebo 12 bedel 6 lžic olivového oleje 2 cibule 100 g slaniny 3 stroužky česneku 3 velká rajčata sůl mletý pepř 2 lžíce oct
Už neví, kdo vlastně jsem
skutecnepribehy.cz
Už neví, kdo vlastně jsem
Dívá se na mě a neví, kdo jsem. Přitom jsme spolu vyrůstaly. Dvě sestry, které spolu držely. Zbláznila se. Zní to tvrdě a neúprosně, ale je to pravda. Byly jsme nerozlučné, sdílely jsme všechno, radosti i starosti. Nikdy jsem si nepředstavovala, že ji jednoho dne přemůže něco tak temného, co jí vezme její zdravý rozum. A začalo to
CrowdStrike a fatální pád IT infrastruktury: Jak jediná aktualizace ochromila miliony systémů
epochaplus.cz
CrowdStrike a fatální pád IT infrastruktury: Jak jediná aktualizace ochromila miliony systémů
Jediný konfigurační soubor. Devadesát minut. Osm a půl milionu zhroucených systémů po celém světě. 19. 7. 2024 zastavil výpadek způsobený aktualizací bezpečnostního softwaru od firmy CrowdStrike leteckou dopravu, ochromil nemocnice a odhalil, jak křehká je globální IT infrastruktura. Letiště hlásila tisíce zrušených letů, banky zápasily s platebními systémy a IT specialisté marně zkoušeli restartovat zamrzlé
Fritz Haber: Otec chemické války získal Nobelovu cenu
historyplus.cz
Fritz Haber: Otec chemické války získal Nobelovu cenu
Tak důležitou událost si Haber nemůže nechat ujít. Přijede na frontu u Yprů, aby se podíval, jak Němci vypustí na spojence plynný chlor. Údajně se usadí v bezpečné pozorovatelně a dalekohledem průběh celého útoku pozorně sleduje. Současně si dělá podrobné poznámky, aby mohl strašlivou zbraň propříště ještě vylepšit!   Byl to nesmírně komplikovaný porod. Chlapeček
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
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