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
V pátek držíte v ruce lamí ohlávku, a přemýšlíte, kdo tu vlastně vede koho. V sobotu vás vyplaší čerti-krampusáci, rakouská specialita na profesionální strašení dětí i dospělých. A v neděli cestou do Česka žasnete nad nejdelším železničním tunelem Rakouska. Mezitím přemýšlíte, jak se rodí dokonalý lyžařský oblouk a jak úžasná je vlastně fyzika v pohybu.   Cesta […]
Věděli jste, že při tetování nezanecháváte stopu jen na kůži, ale také na imunitním systému? Průlomová mezinárodní studie, na níž se podíleli i vědci z Biologického centra Akademie věd ČR, ukazuje, že běžně používané tetovací pigmenty mají vliv na imunitu, vyvolávají zánět a mohou snižovat účinnost některých vakcín. Hned po aplikaci se barviva rychle šíří […]
Mykologové z Botanického ústavu Akademie věd ČR a spolupracujících institucí popsali pozoruhodný případ, který dokládá, že i dobře spravované veřejné sbírky mikroorganismů mohou ukrývat systematické omyly. Studie, publikovaná v prestižním mezinárodním časopise IMA Fungus, odhalila, že sedm kmenů uložených v mezinárodní sbírce pod stejným druhovým názvem představuje ve skutečnosti sedm geneticky i morfologicky odlišných druhů […]
Novou metodu umožňující spouštět chemické reakce v živých organismech podle lokální hodnoty pH vyvinul tým vědců z ETH Curych vedený Helmou Wennemers a Athanasiosem Markosem, který působí na Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého v Olomouci. Tento postup otevírá cestu k přesnější diagnostice a cílené léčbě nádorů či zánětlivých onemocnění. Výsledky výzkumu zaměřeného na vývoj nové bioorthogonální […]
reklama
Historie
Architektovi cestu ke králi otevřela metresa
Francouzský král Ludvík XIV. už ztrácí trpělivost. Stavba Invalidovny pro válečné veterány se vleče a návrhy na zdejší kapli se mu pranic nelíbí. Naštěstí má ministr války markýz de Louvois v rukávu ještě eso – architekta Julese Hardouina-Mansarta.   Jeho prastrýcem je slavný francouzský architekt Francois Mansart (1598–1666), který Julese Hardouina (1646–1708) zasvěcuje do tajů […]
Unikátní minaret: Vystoupat na jeho vrchol chce odvahu
Za vlády Abbásovců zažívá islámský svět svůj zlatý věk. Chalífa al-Mutawakkil je nejen zbožný a tolerantní vůči jiným náboženstvím, ale podporuje také umění, vzdělanost, a hlavně architekturu.   Ačkoli se hlavní metropolí dynastie Abbásovců, odvozující svůj původ od Mohamedova strýce al-Abbáse (566–653), stává Bagdád (dnes v Iráku), chalífa al-Mutawakkil (822–861) věnuje svou pozornost městu Sámarrá, […]
Havlíček pokládal Brixen za hnízdo hlupáků
Je to nepříjemné probuzení. Havlíček otevře oči, ale u jeho postele nestojí ani manželka Julie, ani bratr František, nýbrž pražský vrchní komisař Franz Dedera, okresní hejtman Ferdinand Voith a četník s ručnicí.   Karel Havlíček Borovský (1821–1856) je rozespalý, dlouho do noci psal, teprve před chvílí si šel lehnout. Přesto vstane, oblékne si župan a se […]
Největší cirkus světa nadchl Čechy
V cirkusovém stanu, dlouhém 180 metrů, člověk neví, kam upřít zrak dřív. Jsou tu tři manéže, dvě jeviště i 400 metrů dlouhá okružní dráha, stěny lemují klece zvěřinců a pod kopulí se lesknou hrazdy artistů.   Na počátku 20. století je to už 20 let, co se ve Spojených státech zrodil největší cirkus světa Barnum & […]
Zajímavosti
Kolos Vasa vydrží na hladině jen pár hodin
Z přístavu vyplouvá majestátní loď jménem Vasa. Její stěžně jsou vyšší než kostelní věž. Den je klidný, svítí slunce, vane mírný vítr. Ze dvou dělových palub zazní slavnostní salva a dav na břehu jásá. Tak nádhernou a velikou loď svět ještě neviděl!   Švédský král Gustav II. Adolf (1594–1632) se připravuje na třicetiletou válku, ale už […]
Bavlna: Jak si bílé chmýří podmanilo svět
Bavlna je v našich životech doslova všudypřítomná. Najdeme ji v oděvech, ručnících i bytovém textilu. A dokonce také v produktech určených pro zdravotnictví nebo osobní hygienu! Zmínky o ní jsou zapsány už v dávných historických kronikách.   Pokud se ptáme, jak to bylo s její domestikací, pak nezačíná na jednom místě. Nezávisle na sobě lidé […]
Řasokoule: Šneci rostlinné říše
Někdo v nich vidí podivuhodné živočichy, další je pro změnu označuje za podvodní mech. Řasokoule jsou však řasy, které do kulovitého tvaru češe sama voda!   Po dně se povalují celá staletí, vědci si jich všimnou začátkem 19. století. Rakouský botanik Anton E. Sauter (1800–1881) zahlédne a popíše zvláštní rostlinu, kterou spatří v jezeře Zell. […]
Mount Mihara: Sopka sebevrahů!
Bez své lásky nedokáže žít a věří, že když skočí, žár ji okamžitě promění a ona bude stoupat k nebi jako dým. Nezůstane v tom sama. Její příběh se totiž zaryje do japonských dějin a vyvolá vlnu následovníků.   Všechno začne v roce 1933, kdy se jednadvacetiletá studentka tokijské Praktické dívčí školy Kijoko Macumoto zamiluje […]
Záhady a napětí
Strašidelný dům Woolton Hall: Sídlo duchů zachvátil požár, zastaví to paranormální jevy?
Parapsychologové a průzkumníci opuštěných objektů po návštěvě chátrajícího sídla Woolton Hall často prohlašují, že je to jedno z nejstrašidelnějších míst, jaká kdy spatřili. V posledních letech dům navíc dvakrát vyhořel, čímž se stává také velmi nebezpečným pro případné další návštěvníky. Mohl by požár ovlivnit i zdejší duchy?   Sídlo Woolton Hall v anglickém Liverpoolu z […]
Podivné zmizení Williama Roache: Stojí za ním kletba?
Na Nový rok 1993 se v australském městě Armidale v Novém Jižním Walesu beze stopy ztrácí pětadvacetiletý student William „Bill“ Roach. Nikdy se nenajde ani jeho tělo, ani věci, které měl u sebe. Zatímco policie uvažuje o sebevraždě, blízcí mají jasno: může za to kletba čarodějnic! Co se se studentem stalo? A proč to nevíme […]
Asteroid, který měl šanci zasáhnout Zemi, by mohl narazit do Měsíce
V roce 2025 svět obletěla zpráva o nebezpečném asteroidu, který by se již za pár let mohl srazit se Zemí. Později jsou sice výpočty upřesněny a riziko katastrofické srážky se snižuje na zcela nepodstatnou hodnotu, jenže zároveň vyvstává nový problém. Asteroid 2024 YR4 by při průletu v roce 2032 údajně mohl narazit do Měsíce. Máme […]
Poklad templářů na Slovensku? Poznejte tajemství kostela v Ludrové!
Na víko dopadá drobný déšť. Šest mužů nesoucích rakev a oblečených do kroužkové zbroje kráčí pochodovým krokem v čele smutečního průvodu. Bojová vlajka a okraje plášťů zdobených křížem vanou ve větru. Cílem jejich cesty je blízký kamenný kostelík obklopený zdí…   V kostele čeká na rytíře kněz mávající kadidelnicí a otevírající vstup do krypty v blízkosti […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Konstantinovy Lázně nabízejí úlevu i odpočinek
epochanacestach.cz
Konstantinovy Lázně nabízejí úlevu i odpočinek
Konstantinovy Lázně uprostřed západočeských lesů jsou možná nenápadné, ale také výjimečné především svou rodinnou atmosférou. Srdce vám zde pookřeje. Patří mezi nejmenší české lázně a rozhodně na tom nechtějí nic měnit. Právě proto tady totiž nikdy nenarazíte na davy lidí a i čas tady ubíhá tak nějak pomaleji a beze stresu. Právě proto jsou Konstantinovy Lázně ideálním místem pro
Zubař se smyslem pro humor gestapu neunikl
historyplus.cz
Zubař se smyslem pro humor gestapu neunikl
Může zůstat v USA. Hlaváč tuší, že by ho za Atlantikem čekala skvostná kariéra, přesto tuto nabídku odmítne. Vrátí se do Čech. Nechce nechávat rodiče samotné, tolik toho pro něj udělali! Svého rozhodnutí litovat nebude. V Praze si otevře vyhledávanou zubní ordinaci a čtenáři budou plakat smíchy nad jeho humornými historkami. Ve Stříbrných Horách v
Proč samice savců žijí déle: evoluce, chromozomy a boj o přežití
21stoleti.cz
Proč samice savců žijí déle: evoluce, chromozomy a boj o přežití
Ženy žijí v globálním průměru o 5,4 roku déle než muži. Lidé ovšem v tomto ohledu zdaleka nejsou výjimkou, stejný rozdíl mezi pohlavími se objevuje napříč živočišnou říší a podle nové studie publikova
Novoroční předsevzetí leccos prozradí
panidomu.cz
Novoroční předsevzetí leccos prozradí
Do novoročního předsevzetí více než rozum mluví podvědomí a emoce, neboť málokdy dokážeme zhodnotit svůj život objektivně a vybrat změnu, která je nejpodstatnější.   Co to o vás prozrazuje, když se rozhodnete… … začít cvičit a zhubnout K jednomu z nejčastějších novoročních předsevzetí nás ve skutečnosti nutí výčitky svědomí z vánočního přejídání. Někdy se ale
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
Časomíra Bell & Ross pro peklo jménem Dakar
iluxus.cz
Časomíra Bell & Ross pro peklo jménem Dakar
Kdyby hodinky uměly polykat prach, snášet vedro a přitom si zachovat chladnou hlavu, nosily by jméno Bell & Ross. Právě tahle značka se totiž stává oficiálním časomírou týmu Defender Rally ve svět
„Wow! signál“: Minuta, která změnila pohled na vesmír
epochaplus.cz
„Wow! signál“: Minuta, která změnila pohled na vesmír
Srpen 1977. V kanceláři dobrovolníka projektu SETI se při rutinní kontrole dat odehrál nenápadný moment, který dodnes fascinuje vědce. Jerry R. Ehman tehdy v záznamech z radioteleskopu Big Ear objevil řadu znaků „6EQUJ5“. V tehdejším kódu citlivosti přijímače šlo o neobvykle silný, úhledně „gaussovský“ signál – přesně takový, jaký by se dal čekat od úzkopásmového
Bohyně Isis: Symbol lásky a krásy
enigmaplus.cz
Bohyně Isis: Symbol lásky a krásy
Tentokrát nastal čas dát v ENIGMĚ prostor ženské energii a vnitřní síle. Představujeme Isis – jednu z nejmocnějších, a přitom ryze ženských bohyň. Symbol ochrany, obnovy a hluboké péče o sebe sama. P
Já vím, že špatně skončím!
skutecnepribehy.cz
Já vím, že špatně skončím!
Sedím v kuchyni, kde jsem půl života vařila večeře pro člověka, který si myslel, že mě má jen pro sebe. Že máme skvělé manželství. Venku prší, v rádiu hraje nějaká stará písnička od Waldy Matušky a já přemýšlím o svém životě. Celý život jsem byla nevěrná. Ne občas. Ne „omylem“. Ne „jen jednou“. Pořád. Vydržela jsem 14 dní Od prvního
Plněné košíčky z listového těsta
nejsemsama.cz
Plněné košíčky z listového těsta
Do těchto masovo-houbových košíčků krásně využijete zbytky pečeného kuřete. S houbami a smetanou chutnají skvěle! Potřebujete: ✿ 400 g listového těsta ✿ 250 g pečeného kuřecího masa ✿ 100 g hub (žampio­ny, hříbky…) ✿ 1 cibuli ✿ 100 ml smetany ✿ 2 lžíce olivového oleje ✿ 1 vejce ✿ máslo ✿ kmín ✿ sůl, pepř ✿ čerstvé bylinky 1. Oloupejte cibuli a nakrájejte nadrobno,
Tipy na pomazánky z celé Evropy
tisicereceptu.cz
Tipy na pomazánky z celé Evropy
Všechny dobře víme, že nejrychlejší způsob, jak nakrmit hladové krky, je krajíček chleba s „něčím“. Zkusme zapomenout na oblíbenou klasiku máslo – šunka a podívejme se, jak a čím vylepšují mazané chl
Kotkův velký sen se mění v noční můru
nasehvezdy.cz
Kotkův velký sen se mění v noční můru
Herec a moderátor Vojtěch Kotek (37) přiznal, že jeho manželství s Radanou (37) prochází těžkým obdobím. A vůbec poprvé vážně zvažují, zda má jejich vztah vůbec budoucnost. Chtěli být víc spolu
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