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
reklama
Související články
Nová studie naznačuje, že nejen černé díry, ale i další husté objekty ve vesmíru, jako jsou neutronové hvězdy a bílí trpaslíci, mohou postupně mizet prostřednictvím záření podobného Hawkingovu. Vědci nedávno představili teorii, podle níž všechny husté objekty ve vesmíru, včetně neutronových hvězd a bílých trpaslíků, mohou postupně mizet prostřednictvím záření podobného Hawkingovu. Tento proces, dosud […]
Klimatická změna rychle proměňuje arktickou tundru, potvrdila rozsáhlá mezinárodní studie, kterou publikoval časopis Nature. Vědci po čtyři desetiletí sledovali více než 2 000 rostlinných společenstev napříč Arktidou a zjistili, že změny nejsou jednotné – zatímco některé oblasti zaznamenaly přírůstek druhů, jiné naopak ztrácely svou biologickou rozmanitost.   Mezi výzkumníky, kteří se na projektu podíleli, byl […]
V srpnu loňského roku svět obletěla zpráva o úmrtí nejstarší ženy světa, Marie Branyas Morerové, která se dožila úctyhodných 117 let. Narodila se ještě před první světovou válkou, přežila španělskou chřipku i covid, a přesto ji ve vysokém věku trápily jen běžné problémy s klouby a ztráta sluchu.   Na otázku, jaký je její recept […]
Půlroční expedice doktorského studenta z Biologického centra AV ČR a Jihočeské univerzity na tropickém ostrově Nová Guinea přinesla jedinečný objev. František Vejmělka jako první zdokumentoval jednoho z největších myšovitých hlodavců světa – velekrysu Mallomys istapantap.   Tento tajemný noční tvor obývá chladné mlžné horské pralesy a pláně v nadmořských výškách 3700 metrů a pro vědu byl znám pouze […]
reklama
reklama
Historie
Jan Kupecký maloval svou duši
Jeden z nejvýznamnějších barokních malířů 17. a 18. století a vyhledávaný portrétista nejmocnějších osobností své doby byl hrdý Čech. Jen v Čechách většinu svého života vlastně vůbec nežil…   Kde se Jan Kupecký (1666–1740) narodil, není úplně jasné. Jeho rodiče pocházejí z Mladé Boleslavi, ale vzhledem ke svému protestantskému vyznání nemají doma právě na růžích […]
Baroni omezili práva nehodného krále
Král se tváří vznešeně, ale potají skřípe zuby. Historický dokument, jehož platnost právě stvrzuje přiložením své pečeti, mu nadiktovali vzbouřenci z řad vysoké šlechty, kteří o pár dní dříve obsadili Londýn.   Anglie v roce 1199 truchlí i oslavuje současně. Tento svět právě opustil chrabrý král Richard Lví srdce (*1157), ale země vzápětí získává nového panovníka. Stává […]
Hrabě Harrach probudil Krkonoše
Zdatný a rozvážný podnikatel, mecenáš umění, politik, hospodář, otec českých lyžníků a nadšený propagátor turistiky. Jan Nepomuk Harrach je osvíceným šlechticem a jeho činorodost udivuje dodnes.   Hrabě Harrach (1828–1909) se narodil ve Vídni jako syn vzdělaného, vlastenecky orientovaného Františka Arnošta z Harrachu (1799–1884) a jeho manželky Anny Marie Terezie (1809–1881), rozené princezny z Lobkowicz. „Jistě […]
Rusové museli USA uplatit, aby Aljašku koupily
Alexandr II. rázuje po místnosti sem a tam. Dobře ví, že mu teče do bot. Řada neúspěšných válek zemi zcela zdecimovala. Dluhy navíc začínají být neúnosné. „Prodejte Aljašku,“ rozhodne nakonec, „stejně slouží jen jako výběh pro lední medvědy!“   V médiích Aljašku označují všelijak – jako velkou zamrzlou hroudu ledu, ledárnu či Sewardovu ledničku. Ve Spojených […]
Zajímavosti
Jóbovy slzy: Semena plná zdraví i prastará ozdoba
Biblický Jób měl dobrý důvod prolévat slzy. Podle nich získává jméno i tropická obilnina slzovka obecná, které se říká též Jóbovy slzy. Její semena totiž tvarem slzy skutečně připomínají a jsou využívány jako prostředek lidové medicíny, nutričně hodnotná potravina i ozdoba.   Rostlina pochází ze zemí jihovýchodní Asie, konkrétně z Myanmaru, Indie, Číny a Malajsie. […]
Palais idéal: Chrám z kamínků vyroste na zahradě!
Našli jste někdy na zemi zajímavý kamínek a odnesli si ho domů? Co jste s ním pak udělali? Položili na poličku, pomalovali barvami nebo nakonec vyhodili ? Jeden nadšený Francouz svůj kamínek nevyhodí… A jak příběh pokračuje dál?   Práci pošťáka vzal Ferdinand Cheval (1836–1924) trochu z nouze. Jako zaměstnanec v zemědělství nezvládal uživit rodinu, […]
Genius loci: Co to vlastně je? Nebo spíše – kdo?
Vymetou prach a vše pečlivě poklidí. Poté je třeba připravit oltář. Nastává čas prosebných modliteb, někde i zpívání a tanců. Místní lidé přinášejí dary. Na oltáři se kupí víno i květiny, speciální mísa přetéká ovocem a dalším jídlem. To vše k poctě genia loci, který má zajistit svému místu ochranu, polím plodnost a lidem požehnání.   […]
Chinin: Lék, pochoutka i zabiják
Malárie, onemocnění způsobené parazitem přenášeným komáry, trápí lidi po tisíciletí. Dokonce i v posledních desetiletích má na svědomí až 600 000 úmrtí ročně. Teprve v 17. století je na ni nalezen lék v amazonském deštném pralese.   Už některé domorodé kmeny, obývajícím území dnešních států Peru, Bolívie a Ekvádoru, znají léčivou sloučeninu nacházející se v […]
Záhady a napětí
Pentagon zveřejnil analýzu trosek z havárie u Roswellu, otázky zůstávají
Materiál z místa havárie neznámého objektu poblíž Roswellu v roce 1947, o němž se mnozí domnívali, že je mimozemského původu, byl v roce 2022 odeslán do laboratoře k analýze. Rozbor si vyžádal oficiální úřad Pentagonu pro vyšetřování UFO. Vloni byly konečně zveřejněny výsledky. O čem vypovídají?   V podvečer 2. července 1947 je nad americkým městečkem […]
Hermés: Božský narušitel
Někdy se nedaří, ať děláme, co děláme. Někdy to vypadá, že nám někdo stále hází klacky pod nohy. Pokud se ale podíváme na věci z nadhledu, možná uslyšíme zašustění křídel. Že by anděl? To spíš božský šprýmař Hermés. Starořecký bůh Hermés je povedený filuta, pokud se vůbec hodí takto familiárně vyjadřovat o bohu, který přes […]
Žena deště: Prokletý obraz, který vám nedá spát
Existují obrazy, které vás sledují očima – a pak jsou tu takové, které proniknou až do vaší mysli. Ukrajinská umělkyně Svetlana Telets namalovala v 90. letech záhadný obraz, jehož majitelé hlásí nevysvětlitelné jevy. Zvláštní zvuky v prázdných místnostech, pocity neklidu, noční můry, podivná hra stínů. Je to jen síla sugesce, nebo obraz skutečně skrývá něco […]
Stephen Kaplan: Co odhalil známý vampirolog?
Upíři neboli „nemrtví“ se dle pověstí živí krví lidí i ostatních dýchajících bytostí. Díky tomu zůstávají dlouho mladí. Známý americký vampirolog Stephan Kaplan se však domnívá, že upíři nejsou „nemrtví“, ale že to jsou skuteční lidé, kteří mají naléhavou potřebu pít každý den krev. Pokud krev nedostanou, stanou se agresivními nebo dokonce zešílí. Jde tedy […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Jihomoravské hradní pověsti: Strom svázaný s osudem stavby a vodník z Boskovic
epochaplus.cz
Jihomoravské hradní pověsti: Strom svázaný s osudem stavby a vodník z Boskovic
Starý poutník putoval krajem, když najednou spatřil spoustu lidí, kteří cosi kutili na skále. „Co to děláte?“ zeptal se jich. „Budujeme hrad,“ zazněla odpověď. Muž v šoku kroutil hlavou. „To spíš z mojí poutnické holi vyroste strom, než by se vám podařilo na té holé skále něco takového postavit,“ prohlásil a na důkaz zapíchl svoji starou sukovici
Celosvětový kongres pro zdraví vaše i vašich rodin
panidomu.cz
Celosvětový kongres pro zdraví vaše i vašich rodin
Pro každého z nás je péče o zdraví klíčovým faktorem pro udržení kvalitního života a prevence nemocí. Ve dnech 3. – 5. října se v Praze můžete zdarma on-line sejít s předními světovými odborníky na 4. ročníku Mezinárodního kongresu zdraví 2025 Praha (www.mkz2025Praha.cz).   Záštitu nad kongresem převzalo hlavní město Praha, poslanci Parlamentu ČR Mgr.
Rozhodnutí Brodské: Může za to žárlivost?
nasehvezdy.cz
Rozhodnutí Brodské: Může za to žárlivost?
Obdivovatelé i přátelé Terezy Brodské (57) jsou v šoku z jejího rozhodnutí. Herečka totiž nedávno oznámila, že hodlá zcela zmizet ze sociálních sítí. Údajně ji k tomu přiměl fakt, že není úplně ne
Zadig & Voltaire: Láska v plamenech letní noci
iluxus.cz
Zadig & Voltaire: Láska v plamenech letní noci
Značka Zadig & Voltaire přináší novou kapitolu do své ikonické voňavé ságy THIS IS! a představuje dvě nové vůně, které jsou jako stvořené pro elektrizující letní noci. Duo THIS IS HER! BURNING LOV
Už to nejsem já
skutecnepribehy.cz
Už to nejsem já
Nikdy jsem nebyla z těch, kteří si stěžují. Vždy jsem měla naději. Jenže ta nyní vyhasla. Začalo to nevinně. Píchání v kloubech, únava, taková ta „zima do kostí“, co se člověk snaží rozchodit. Ale nešlo to rozchodit. Přišlo to plíživě, jako by se tělo proti mně pomalu obracelo. Diagnóza byla rychlá, revmatoidní artritida. Jak mi lékaři vysvětlili,
Záhadná krádež v Gentu: Vrátí  se někdy Spravedliví soudci?
enigmaplus.cz
Záhadná krádež v Gentu: Vrátí se někdy Spravedliví soudci?
Ačkoli druhá část našeho titulku vypadá jako povzdech nad stavem belgické justice, ve skutečnosti se týká krádeže části takzvaného Gentského oltáře. Ani po devadesáti letech není tento kriminální čin
Rezidence ve stylu glamour
rezidenceonline.cz
Rezidence ve stylu glamour
Inspirující myšlenkou designérky, která navrhla podobu interiéru luxusní rezidenční vily, bylo vytvořit neobvyklý okouzlující obytný prostor, připomínající elitní paláce prvorepublikových továrníků. Johana Picková i při samotné realizaci věnovala pozornost především detailům s velkým důrazem na dokonalé zpracování každého architektonického prvku. Pod jejím dohledem tak velmi rychle vzniklo dvoupatrové aranžmá plné rafinované elegance, jež svou sofistikovaností
Výprava Františka Ferdinanda d´Este: V Japonsku se arcivévoda nechal tetovat
historyplus.cz
Výprava Františka Ferdinanda d´Este: V Japonsku se arcivévoda nechal tetovat
Podpalubí lodi Kaiserin Elisabeth je přecpané trofejemi. Nechybí mezi nimi vycpaní tygři, orli ani opice. Námořníci sem přinášejí vypreparované klokany, pštrosy a koaly. Arcivévoda František Ferdinand d´Este se totiž na lodi plaví kolem světa a plní ji ulovenými zvířaty. Záhy mezi ně přibudou veverky, skunkové nebo medvěd grizzly… Arcivévoda František Ferdinand d´Este (1863–1914)
Nepečený melounový dort
tisicereceptu.cz
Nepečený melounový dort
Nemusíte ani zapínat troubu a přitom vytvoříte jedinečný dort s lehkým melounovým želé, který bude zejména během horkých letních dnů příjemným osvěžením pro malé i velké strávníky. Potřebujete 1
Zdislavina studánka: Uzdravuje dodnes nemocné?
epochanacestach.cz
Zdislavina studánka: Uzdravuje dodnes nemocné?
Asi kilometr od státního zámku Lemberk se nachází Zdislavina studánka pojmenovaná podle zdejší šlechtičny, která prý měla zázračné nadání uzdravovat nemocné. Voda prý pomáhá dodnes. Česká šlechtična svatá Zdislava (1220–1252) má podivuhodné schopnosti už jako dítě. Stále se prý modlí a chce se stát poustevnicí. Rodiče ji nicméně provdají za Havla z Lemberka (asi 1210–1254) a
Kouzla letního slunovratu
nejsemsama.cz
Kouzla letního slunovratu
Letní slunovrat, kdy 21. června je den stejně dlouhý jako noc, je tím nejlepším časem pro kouzelné rituály. Pokud chcete v tento magický čas čarovat, vyzkoušejte rituály s ohněm i bylinkami. Oslavte sílu slunce a přivolejte si pomocí magie obdobně silné štěstí. Slunovrat je příležitost k novým začátkům, k napojení na přírodu a k úžasné letní magii. Vyzkoušejte některý z rituálů a dopřejte si tento magický
Lysohlávky jako spása pro pacienty s rakovinou trpící depresemi
21stoleti.cz
Lysohlávky jako spása pro pacienty s rakovinou trpící depresemi
Houby lysohlávky se řadí mezi pravé halucinogeny, neboť ovlivňují smyslové vnímáni i prožívání reality, a to díky obsahu účinné látky zvané psilocybin. Její použití u pacientů s rakovinou, kteří trpí
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