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
Vypadají jako nerváci: Když si vedle nich sednete a rozbalíte fast food, zvednou se a vytratí. Když to nejde, nasadí podivně strnulý výraz. Problém nemají s vaším výběrem jídla, ale s tím, že ho žvýkáte a polykáte. Pro lidi postižené misofonií jsou to zvuky, které se nedají vydržet.   Většině z nás vadí skřípání křídy […]
To, co bylo dlouho považováno za genetický „šum“, se ukazuje jako významná součást regulační sítě na úrovni buňky i celého organismu. Tvrdí to nový přehledový článek vědců z MBÚ AV ČR, který se věnuje tzv. dlouhým nekódujícím RNA.   To, co biologové po desetiletí označovali za „nekódující RNA“, nemusí být ve skutečnosti tak nekódující, jak […]
Ať už tajně, nebo otevřeně, letní flirtování k prázdninové atmosféře jednoduše patří. Že na výletech nebo v zahraničí snadněji podléháme novým lákadlům, potvrzují i statistiky českého sexshopu YOO.cz – celých 38 % Čechů uvádí, že se rádi seznamují na cestách   Není se čemu divit – nové prostředí stimuluje smysly a pomáhá se uvolnit. Jen […]
Pražská Ice Arena Kateřinky dokončila testování nové technologie HIPPOTRON ICE, která pomohla snížit měsíční náklady na elektrickou energii v průměru o 28 000 Kč a zároveň výrazně zvýšila kvalitu ledové plochy. Testování zařízení probíhalo od května do července s cílem prověřit jeho skutečný přínos a spolehlivost v energeticky náročném letním provozu.   Dodavatelem řešení je […]
reklama
Historie
Pláž hanby lákala plavce i šmíráky
„Pláž hanby!“ pohoršují se nad skandální vymožeností u švýcarského Lucernského jezera místní mravopočestní občané. Otevření prvního městského koupaliště ve Švýcarsku, kde se návštěvníci nerozdělují podle pohlaví, vyvolá velkou senzaci. V roce 1919 totiž nebývá zvykem, že by se u vody vyskytovali v koupacích úborech muži a ženy pospolu.   Chtělo by to nějakou novinku. První světová válka […]
Obránce Vídně dostal maršálskou hůl se zpožděním
Nejvyšší velitel obléhaného města vystupuje na hradby a obhlíží situaci. Dlouhé dva měsíce dokázal Vídeň bránit, ale teď docházejí síly. Přijde záchrana včas?   Významné postavení v zemi je Zdeňku Kašparu Kaplířovi ze Sulevic (1611–1686) předurčeno. Jeho otec Albrecht Kaplíř (1583–1616) je významným plukovníkem a apelačním radou, dědeček Kašpar Kaplíř (1535–1621) zase zastává funkce císařského rady […]
Hanácký obr bavil císaře
Když mu chtěl otec v devíti letech koupit boty, trhovci se zděsili. Tak velkou nohu totiž dosud neviděli. Už jako chlapec měl Josef takovou sílu, že jedním úderem dokázal zmrzačit krávu.   Josef Drásal (†1886) přišel na svět 4. července 1841 v Chromči na Šumpersku do chudé rodiny brusiče jehel. Vzrůstem se už od útlého věku liší od […]
Pohádkové město vyrostlo díky zemětřesení
Nabízeli mu zástupy vznešených nevěst. On se však osudově zamiloval do vdané šlechtičny Eleonory Teles de Menezes. Potají si ji v roce 1371 vzal za ženu a vzápětí ji začal zahrnovat statky z královského majetku. Je mezi nimi i Sintra. Když mu okolí dá najevo svou nevoli, král Ferdinand I. se uchýlí právě tam. Místo […]
Zajímavosti
Hajlování: Vynález antického Říma? Ne tak docela…
To gesto zná snad každý. Postavit se vzpřímeně a zvednout pravici – správně zhruba do úhlu 135 stupňů. Má jít o starověký zvyk, jenže hajlování se objevuje až mnohem později.   Benito Mussolini (1883–1945) se odvolává na praktiku římských císařů, do karet mu hrají i některé sochy, které zvedají pravici. Ani jedna však nehajluje. Jednu […]
Atentát na Augustina Gölzera: Heydrich nebyl jediný!
Odbojová skupina Předvoj funguje na území Protektorátu už od roku 1943, kdy se pasivní odpor vůči nacismu přetaví do akce. „Někdo musí něco začít dělat!“ rozhodují se studenti scházející se v evangelickém sboru na pražském Smíchově.   Brzy se členská základna rozšíří a začne navazovat kontakty i jinde po republice. Rozsáhlá odbojová činnost nezůstane gestapu […]
Taneční maratony: Klakson, facky i smrt vyčerpáním
Na první pohled to vypadá jako neškodná zábava. Hudba hraje, páry se drží za ruce, publikum tleská a parket nikdy neztichne. Ve Spojených státech se ve 20. a 30. letech 20. století stávají taneční maratony masovou atrakcí.   Soutěžící tančí – nebo spíš chodí, kolébají se a drží jeden druhého – celé dny i noci. […]
Tajemství frenologie: Co všechno se dá vyčíst z naší lebky?
George Combe soustředěně prohmatává hlavu devítiletého hocha. Jednou se na ní usadí královská koruna. Píše se rok 1850 a jeden z nejslavnějších frenologů má konečně jasno: „Přední část mozku zodpovídající za intelekt není příliš rozvinuta.“ Královna Viktorie se tváří, jakoby se právě zakousla do kyselé okurky.   Přes 20 let se činí jako mluvčí frenologického hnutí. […]
Záhady a napětí
Legendní režisér Steven Spielberg šokuje: Věří v existenci mimozemšťanů! Má přístup k tajným materiálům?
Uznávaný režisér Steven Spielberg svým novým filmem Den odhalení, který měl nedávno premiéru i v českých kinech, vyvolal poprask. Jeho téma totiž údajně není až tak moc sci-fi, jak si mnozí myslí. Samotný režisér v existenci mimozemšťanů věří a říká, že tu možná byli vždycky!   Každý nový film legendárního režiséra Stevena Spielberga (*1946) poutá […]
Winchester Mystery House: Stavěla slavná dědička past na duchy?
Dveře se otevřou a za nimi není pokoj, ale prázdný prostor. Schodiště stoupá ke stropu a chodba se bez varování zlomí jiným směrem. V kalifornském San José stojí sídlo, které působí, jako by ho někdo stavěl podle plánů, jimž měl rozumět spíš mrtvý než živý. Byl Winchester Mystery House jen výstředním domem bohaté vdovy, nebo […]
Záhadná smrt ruského turisty: Chtěl ho zabít duch?
V květnu 2025 po pádu z devátého patra bytového domu v Thajsku umírá ruský turista. Těsně před smrtí muž prohlašuje, že ho pronásleduje „vražedný duch s vypoulenýma očima“. S tímto tvrzením se dokonce obrátí i na hlídače v budově, nikdo mu ale nedokáže pomoci. Stojí za jeho smrtí skutečně vražedný duch, nebo spíš drogy či […]
Bell Witch Cave: Jeskyně nejděsivějšího amerického poltergeista?
Někdo si z jeskyně odnese malý kámen. Jen jako suvenýr, nic víc. Brzy se ale začnou doma ozývat kroky, šepot a rány, které nemají původ. Jako by si návštěvník z Bell Witch Cave se sebou přinesl i pozornost něčeho, co v podzemí čeká už staletí. Proč se právě tato jeskyně v Tennessee stala jedním z […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Dikobraz a jeho bodliny! Jak je to s tím vystřelováním?
21stoleti.cz
Dikobraz a jeho bodliny! Jak je to s tím vystřelováním?
Hladový mladý lev našlapuje kolem zvířete, které se před ním nečekaně zvětšilo – na hřbetě se mu totiž vztyčily dlouhé ostny. Nebojácný dikobraz dupe, mručí, chřestí bodlinami. Bude šelma riskovat úto
Tajemství nejhlubšího místa světa: Co ukrývá Mariánský příkop?
enigmaplus.cz
Tajemství nejhlubšího místa světa: Co ukrývá Mariánský příkop?
Je hlubší, než je Mount Everest vysoký, vládne v něm věčná tma a tlak přesahuje tisícinásobek hodnoty u mořské hladiny. Mariánský příkop přesto není mrtvou pustinou. V jeho nejhlubší části žijí podivu
7 prima rad, jak pečovat o citlivé oční okolí
nejsemsama.cz
7 prima rad, jak pečovat o citlivé oční okolí
Pokožka kolem očí je ta nejjemnější, kterou na těle máte. Aby vydržela dlouho krásná navzdory přibývajícím letům, potřebuje něžnou péči. Oči mohou být vaším nejkrásnějším doplňkem. Nicméně jemná kůže pod očima může být také jedním z prvních míst, která vykazují známky přibývajících let, stejně jako následky stresu a únavy. My vám ale poradíme, jak si
Šatník má být pro život. Ne naopak.
panidomu.cz
Šatník má být pro život. Ne naopak.
Existují kousky, které vypadají dokonale na ramínku, ale v běžném životě pro ně nějak nedokážeme najít příležitost. Šaty čekající na tu správnou událost, sako, ke kterému se nic nehodí, nebo boty, ve kterých zvládneme dojít maximálně od auta ke stolu. A pak jsou tu věci, které nosíme pořád dokola. Nejsou možná nejvýraznější v našem šatníku,
Dcera se ve snu dokázala spojit s mrtvým mužem
skutecnepribehy.cz
Dcera se ve snu dokázala spojit s mrtvým mužem
S tragickou smrtí svého muže se Jitka nemohla smířit, až se jí jednoho dne zjevil ve snu a začaly se nám dít podivné věci. Neumím si je vysvětlit. Zvonila jsem několikrát a dlouze. Bála jsem se, proč mi dcera Jitka stále neotvírá. Vnuci už měli být dávno ve školce. Co tragicky zemřel zeť, měla jsem o ni velké obavy.
Dýňový ráj na Farmě Vraňany láká na podzimní dobrodružství
epochanacestach.cz
Dýňový ráj na Farmě Vraňany láká na podzimní dobrodružství
Na tisíce nejrůznějších odstínů oranžové, dýně nejrůznějších tvarů, vůně podzimních specialit a bohatý program, který zabaví děti i rodiče. Pokud hledáte příjemný říjnový výlet kousek od Prahy, Farma Vraňany se na celý měsíc promění v Dýňový ráj. Dýně jsou tady doslova všude. Malé, obrovské, kulaté, protáhlé i roztodivně tvarované vytvářejí kulisy, ve kterých se člověk
Ambiciózní Falkenštejn: Jménem Václava II. si vyšlápl na římského krále
historyplus.cz
Ambiciózní Falkenštejn: Jménem Václava II. si vyšlápl na římského krále
Václav II. si prohlíží tmavovlasého muže po matčině boku. „Je vinen zradou, nebo ne?“ přelétne jeho myslí při setkání. Velkoryse ale mávne rukou. Závišovy oči ho přitahují. Přišel o otce v raném věku a mužská podpora mu chybí…   Přijme syn po letech odloučení svoji matku? Královna-vdova Kunhuta (1245–1285) píše list z Hradce nad Moravicí Václavovi II. (1271–1305),
Soulad podle harmonie zlatého řezu
rezidenceonline.cz
Soulad podle harmonie zlatého řezu
Vznosné křivky rezidence Habitação Áurea v regionu Amarante na severu Pyrenejského poloostrova vytvořily díky dané koncepci prostor s přirozenou rovnováhou, otevřený krajině, světlu i modernímu rodinnému životu. Neutrální barevná paleta a přírodní textury, jež byly použity v dokonalém souladu, přispívají ke klidné a sofistikované atmosféře, zatímco architektonické prvky, jako je prosklená terasa a stropy v
Přišla Solaříková příteli na nevěru?
nasehvezdy.cz
Přišla Solaříková příteli na nevěru?
Nemilá novinka v životě hvězdy Specialistů Patricie Solaříkové (37)? O jejím vztahu s tvůrcem videí Alexem Grigorievem (39) se už napsalo mnoho. Párkrát se spekulovalo i o jejich rozchodu. Nakonec se
Silvestrovské paštičky z listového těsta plněné sýrovou pěnou
tisicereceptu.cz
Silvestrovské paštičky z listového těsta plněné sýrovou pěnou
Budete jako na party u Adiny Mandlové! Tento recept totiž milovala . Na 6 porcí 1 balení listového těsta rozváleného 1 žloutek na potření Postup Z těsta vykrájíme formičkou o průměru 7 c
Simona Krainová: Když se doma cítíte dobře, nemáte potřebu utíkat
iluxus.cz
Simona Krainová: Když se doma cítíte dobře, nemáte potřebu utíkat
Pro Simonu Krainovou není domov otázkou metrů čtverečních ani drahého vybavení. Je především místem, kde se člověk cítí dobře. Právě proto při kompletní rekonstrukci svého pražského bytu svěřila jeho
Nejhorší teroristický útok na Prahu: 24 hodin bezmocného pekla
epochaplus.cz
Nejhorší teroristický útok na Prahu: 24 hodin bezmocného pekla
Je 21. června roku 1689. Pražskými uličkami se prohání vítr. V Kaprově ulici vypuká zmatek. Hostinec U Černého orla hoří! Plameny vzápětí přeskočí na protější truhlárnu. Kostelní zvony u svatého Valentina se rozezní na poplach. Lidé běží pro připravená vědra. Jenže ty přes jasná nařízení zejí prázdnotou… Francouzský Král Slunce Ludvík XIV. (1638–1715) nastoluje krvavou
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