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
Plastový obal nebo ojetá pneumatika mají po skončení své služby nepříjemný problém. Materiál, ze kterého jsou vyrobené, jen tak nezmizí. Část podobného odpadu proto končí ve spalovnách nebo na skládkách. Česká společnost ENRESS ale ukazuje, že existuje i jiná cesta. Pomocí vysokých teplot dokáže z obtížně recyklovatelného odpadu znovu získat suroviny využitelné v průmyslu.   […]
Ve dne téměř nehnutě odpočívá. Po setmění vyráží na několikahodinovou loveckou výpravu. A nad ránem bez zaváhání zamíří zpět na své oblíbené místo. Nový výzkum českých vědců ukazuje, že candát obecný má mnohem lepší orientační schopnosti, než si biologové dosud mysleli.   Vědci z Biologického centra Akademie věd ČR sledovali pohyb candátů v jihočeské nádrži […]
Malé elektromobily už dávno nejsou jen městskými přibližovadly. Nový Peugeot E-208 je toho důkazem. Francouzský hatchback si zachoval svůj atraktivní design, přidal delší dojezd a modernější technologie, ale hlavně ukazuje, že i kompaktní elektromobil může být autem, se kterým bez obav vyrazíte za hranice města.   Vypadá jako koncept. Přitom jezdí po silnici Peugeot se […]
Její život je krátký. V létě trvá pouhých šest až osm týdnů. Za tu dobu navštíví desetitisíce květů, nalétá stovky kilometrů a vyrobí přibližně devět gramů medu – zhruba jednu čajovou lžičku. Sama o sobě se může zdát bezvýznamná. Teprve když se spojí s dalšími desítkami tisíc příslušnic svého včelstva, vznikne jeden z nejdokonalejších organismů […]
reklama
Historie
Nacista Streicher řídil mediální lynč Židů
Skoro 20 let učil na školách v rodném Bavorsku. Za vynikající službu v německé armádě za první světové války je Julius Streicher vyznamenán Železným křížem. Věří, že jako válečný hrdina uspěje i v politice.   Antisemitské názory přivedou Julia Streichera (1885–1946) do NSDAP. V listopadu 1923 se spolu s Hitlerem zúčastní v Mnichově neúspěšného pokusu […]
Zpytoval Václav III. svědomí u hrobu otce?
Mladý král odpočívá v olomouckém paláci, když k němu znenadání přiskočí vrah. Se zkrvaveným nožem pak od umírajícího panovníka prchá, než je na nádvoří dopaden a ubit k smrti.   Na panovnickou kariéru se malý Václav III. (1289–1306) musí začít připravovat už hodně brzy. Syn českého a polského krále Václava II. (1271–1305) má nejen zachovat království, ale přemyslovskou […]
Kdo postavil město na 92 umělých ostrůvcích?
Říká se mu ztracený archeologický ráj a není divu. Nan Madol, komplex 92 umělých ostrůvků s kamenným městem, leží v mělké korálové laguně poblíž ostrova Pohnpei v Mikronésii uprostřed Tichého oceánu.   Podle archeologů bylo město postaveno někdy kolem 12. století, možná i dřív. K čemu přesně sloužilo, se však neví. Komplex na vodě prý byl sídlem […]
Shodil novinář Skrejšovský svého soka ze schodů?
Na co sáhne, to se mu daří. Obchodováním počínaje, politikou konče. V říjnu 1878 však jeho nadějně rozjetou kariéru zhatí Zemský soud v Praze.   Ten totiž podnikateli a neohroženému novináři Janu Stanislavu Skrejšovskému (1831–1883) uloží čtyřměsíční trest za to, že shodil ze schodů a těžce zranil svého soka, architekta Viléma Tierhiera (1843–1908). „Jen jsem se […]
Zajímavosti
Atlantropa: Vybudujeme si nový kontinent?
Silnice je v tomto úseku rovná jako pravítko. Skřípavým zvukem se pravidelně ozývá vrzání bicyklu, na kterém se plahočí 67letý muž. Pak ticho prořízne zvuk motoru. Prásk…Kolo je ve škarpě a auto, aniž by kdokoliv zjistil, kdo je řidičem, mizí v dáli.   Při nehodě 25. prosince 1952 umírá Herman Sörgel (1885–1952). Studenti, pro které […]
John DeLorean: Vizionář, šoumen, zločinec, legenda
Z chudých detroitských poměrů se vypracuje mezi nejvýraznější osobnosti amerického automobilového průmyslu. Jeho futuristický vůz se stane jednou z ikon 20. století, jeho osud doslova antickou tragédií.   Dětství Johna Zacharyho DeLoreana (1925–2005) poznamená chudoba i agresivita otce, rumunského dělníka Zacharyho DeLoreana, který se vypracuje v narkomana na plný úvazek. Je odhodlaný dostat se od […]
Kočka rybářská se vody rozhodně nebojí!
Nevelká, nenápadná, tichá. Taková je kočka rybářská, která si žije svým prostým životem okolo vody na jihu Asie. Své drápky nikdy zcela nezasouvá a jediné, co ji zajímá, je lov ryb. Přesto je trnem v oku místním lidem a jejich útoky se podílejí na tom, že je toto úchvatné zvíře mezi ohroženými druhy.   Zatímco […]
Chuknagarský masakr: 10 000 mrtvých za 4 hodiny
My Lay, Katyň, Lidice, Re’im… to jsou místa masakrů, která všichni znají. Jeden z těch nejbrutálnějších po druhé světové válce však zůstává v jejich stínu.   Napětí mezi Západním a Východním Pákistánem (bývalým Bengálskem) dosahuje vrcholu, když v prosinci 1970 ve volbách drtivě zvítězí nacionalistická strana Awami (Lidová liga) žádající nezávislost. Když Západní Pákistán výsledky […]
Záhady a napětí
Bagdádská baterie: Starověká elektrárna z Iráku?
Vypadá nenápadně, jen malá keramická nádoba, měděný válec a železná tyčka zapečetěná asfaltem. Přesto právě tento nález z okolí iráckého Bagdádu už desítky let dráždí archeology, techniky i milovníky záhad. Mohli lidé ve starověkém Iráku znát princip elektrického proudu dávno předtím, než se o něj začala zajímat moderní věda?   Na první pohled by si […]
Vědci na stopě deváté planety: Skrývá se uvnitř Sluneční soustavy dosud nespatřený obr?
Vědci již delší dobu předpokládají, že se někde za Neptunem skrývá dosud neobjevená devátá planeta. Existují sice náznaky vypovídající ve prospěch této teorie, ale jednoznačné důkazy stále chybějí. Ten zatím nejpřesvědčivější přichází v podobě dvou infračervených snímků pořízených s odstupem 23 let.   Kolik je planet v našem slunečním systému? Správná odpověď je osm, i […]
Duchařský zážitek Karla IV.: Zažil český král poltergeista?
Kdysi dávno se na Pražském hradě odehrál incident, který bychom podle měřítek moderní záhadologie mohli označit za typické projevy přítomnosti poltergeista. Svědkem tohoto strašení se přitom stala jedna z nejdůležitějších osobností české historie, budoucí král Karel IV.!   Poltergeisti, zlovolní hluční duchové, mohou svou přítomnost ohlašovat nejrůznějšímu způsoby. Široká škála projevů jejich přítomnosti zahrnuje například […]
Našeptávání do ucha: Záhada pozitivních subliminals
Miliony lidí po celém světě si každou noc pouštějí do sluchátek hudbu, ve které se skrývá tajný vzkaz – slova, která má slyšet jen podvědomí, ne uši. Slibují vyšší sebevědomí, hubnutí i lepší paměť, a to bez jediné vědomé myšlenky. Skutečně ale mozek dokáže přijímat a zpracovávat instrukce, které vůbec nezaregistruje?   Noc co noc […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Pět podivných vražd: Kdo měl spadeno na švédského premiéra i filmovou celebritu?
epochaplus.cz
Pět podivných vražd: Kdo měl spadeno na švédského premiéra i filmovou celebritu?
Arcibiskup ze San Salvadoru Óscar Romero (1917–1980) je konzervativec, který ostře kritizuje porušování lidských práv v Salvadoru – státečku v Latinské Americe. To ho bude stát krk. Pachatel, stejně jako v dalších čtyřech případech, je dodnes neznámý… Vymezuje se proti řádění armády i provládních eskader smrti. Romero nešetří ani USA, které režim podporují. Během mše 24. dubna 1980, kterou slouží
Čertova brázda: Kdo vyryl tajemnou jizvu do české krajiny?
enigmaplus.cz
Čertova brázda: Kdo vyryl tajemnou jizvu do české krajiny?
Z Chotouně nedaleko Českého Brodu až k řece Sázavě se měla táhnout přes dvacet kilometrů dlouhá brázda. Podle pověsti ji vyoral svatý Prokop s čertem zapřaženým do pluhu. Tajemný útvar téměř zmizel po
Čokoládové muffinky
tisicereceptu.cz
Čokoládové muffinky
Bez sladké tečky by to prostě nešlo. Ideální jsou muffiny v papírovém košíčku. Jejich výhodou je, že je můžete snadno a kreativně ozdobit. Ingredience 120 g změklého másla 170 g hladké mouky 1
Káva, tentokrát pro zdraví
panidomu.cz
Káva, tentokrát pro zdraví
Divíte se? Přesto je to tak. Medicína otočila a změnila názor na kávu. Kde dřív nabádala k opatrnosti nebo přímo varovala, tam dnes naopak doporučuje. Samozřejmě s mírou… Co se změnilo? Ukázalo se, že studie o vlivu kávy na zdraví – a že jich byly stovky- neměly dostatečně promyšlenou metodiku. Jinak řečeno, neoddělovaly působení kávy
DEN S ŘEMESLY VE SKLANÍM OBYDLÍ LHOTKA
epochanacestach.cz
DEN S ŘEMESLY VE SKLANÍM OBYDLÍ LHOTKA
Komorní jarmark s ukázkou lidových řemesel a dílničkami nejen pro děti… Akci Regionálního muzea Mělník můžete navštívit v sobotu 22.8. mezi 10 a 17 hodinou. Náplň dne. Prohlídka skalního obydlí, ve kterém poslední obyvatelka Marie Holubová žila až do roku 1982. Jarmark s ukázkou lidových řemesel a prodejem lokálních produktů. Muzejní stánek na téma 50
Jak vrátit božský klid do přetížené hlavy?
nejsemsama.cz
Jak vrátit božský klid do přetížené hlavy?
Máte za sebou náročné období a myšlenky se vám honí hlavou jako splašené? Cítíte úzkost, smutek či tíseň? Vsaďte na přírodní medicínu, vrátí vám klidnou mysl. Mnoho žen bojuje s tím, že jejich vnitřní motor nejde zastavit. Namísto zaslouženého odpočinku nám v hlavě stále běží smyčka starostí a tělo kvůli zvýšené hladině stresových hormonů nedokáže regenerovat.
Tajný život mraků
21stoleti.cz
Tajný život mraků
Mraky jsou bezesporu jedním z největších paradoxů klimatologie. Dokážou planetu současně ochlazovat i oteplovat a právě jejich chování představuje jednu z největších nejistot při předpovídání budoucíh
Byla asi chyba se stěhovat
skutecnepribehy.cz
Byla asi chyba se stěhovat
Když mi děti navrhly, abych se přestěhovala blíž k nim, připadalo mi to jako krásná představa. Jenže to si neuvědomíte, jak si budete připadat cizí. Byla jsem vdova, přátelé odcházeli a já zůstala v našem městečku skoro nejstarší. Na dům už jsem neměla síly. Proto mi děti řekly, ať se přestěhuji blíže k nim, do většího města. Zdálo se
Ohromující sídlo krále pohádek
rezidenceonline.cz
Ohromující sídlo krále pohádek
Nemovitost Los Feliz, postavená společností slavného tvůrce v roce 1932, patří od roku 2011 rusko-kazašskému filmaři Timuru Bekmambetovovi, žijícímu převážně v Izraeli. Ten aktuálně ikonický dům Walta Disneyho v Los Angeles, kde vytvořil například filmy Popelka a Pinocchio, nabízí k pronájmu za 40 000 dolarů měsíčně.   Poté, co pohádkovou vilu za 3,7 milionu dolarů
Švýcarská mechanika Favre Leuba potkala haute couture dům Gaurav Gupta
iluxus.cz
Švýcarská mechanika Favre Leuba potkala haute couture dům Gaurav Gupta
Jedna z nejstarších švýcarských hodinářských značek a jeden z nejvýraznějších současných návrhářů haute couture otevírají společnou kapitolu. Hodinářská značka Favre Leuba spojila síly s Gauravem Gupt
Malířka Merianová zasvětila život hmyzu
historyplus.cz
Malířka Merianová zasvětila život hmyzu
Na zámořskou loď nastupuje dvojice žen. Kde je muž, který by je doprovázel? Malířka a vědkyně Maria Merianová je ale natolik emancipovaná, že mužský dohled pro sebe a svou dceru nepotřebuje. Když tříletá Maria Sibylla Merianová (1647–1717) z Frankfurtu nad Mohanem přichází o otce, švýcarského mědirytce Matthäuse Meriana (1593–1650), ještě z toho nemá rozum. „Moje dcera se
Skandální utajené nevěry Brzobohatého?
nasehvezdy.cz
Skandální utajené nevěry Brzobohatého?
Pravý důvod krachu manželství herce ze seriálu Lovec Ondřeje Brzobohatého (43) a moderátorky Daniely Brzobohaté (47) odhalen? „Nechci se pitvat v důvodech,“ byla vždy strohá Daniela. Jenomže teď jak
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