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
Ještě v 60. letech minulého století znamenala diagnóza dětské leukémie téměř jistou smrt. Dnes přežívá drtivá většina malých pacientů. Tento obrat není dílem jednoho zázračného léku, ale výsledkem desetiletí mravenčí práce, mezinárodní spolupráce a odvahy zkoušet nové cesty. Představte si dobu, kdy lékaři museli rodičům sdělit, že jejich dítěti zbývá jen pár týdnů života. Taková […]
Nanočástice stříbra byly považovány za zbraň č. 1 v boji s bakteriemi odolnými vůči antibiotikům. Vědci z přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého však upozorňují, že bakterie se systematicky adaptují i na nanomateriály včetně stříbra. Je to další facka vědě?   Nejde přitom o náhodné nebo přechodné jevy, ale o komplexní soubor obranných strategií, které se opakují napříč různými bakteriálními kmeny i typy […]
Z pohledu mozku je lež výrazně náročnější než pravda. Říct pravdu znamená vytáhnout hotovou informaci z paměti. Zalhat znamená hned několik věcí najednou: pravdu potlačit, vymyslet alternativní verzi, uhlídat její konzistenci a ještě sledovat reakci protistrany. Mozek se při tom pořádně zapotí.   Neurovědci dlouhodobě sledují, že při lhaní se aktivuje především prefrontální kortex, tedy […]
Chuť na hořké v nás spouští jeden z nejstarších ochranných reflexů. V přírodě totiž hořkost často signalizovala jedovaté látky v rostlinách. Mozek se proto během evoluce naučil, že hořké rovná se potenciálně nebezpečné. I dnes, v době laboratorně testovaných potravin, tento mechanismus funguje téměř automaticky. U většiny lidí vyvolává hořká chuť instinktivní odpor, někdy dokonce […]
reklama
Historie
Rozezvučel bojovný mnich nebeské varhany?
Na pódium vystupuje za ovací davu mnich v bílé říze. Přichází vyzvat všechny přítomné, aby šli na smrt ve jménu své víry. Pod vlivem jeho slov lidé klesají na kolena a zanedlouho se ochotně vydají do války v daleké zemi.   Druhá křížová výprava do Svaté země je papežem vyhlášena, ale to neznamená, že se všichni do […]
Fort Jefferson: O 16 milionů cihel se nikdy neválčilo
Na první pohled se mu ta skupinka opuštěných ostrůvků zalíbila. Jeví se jako ideální místo pro vybudování námořní stanice. Bohužel komodor David Porter zjistí, že na nich není žádná pitná voda, a svou pozornost zaměří jinam. Ovšem Američané se do tohoto ráje kousek od Floridy brzy vrátí a přece jen zde začnou stavět…   Pro […]
Přivedl císaře do neštěstí namyšlený eunuch?
Mají oči a uši všude. Eunuchové doprovázejí čínské císaře už v dobách prvních panovnických dynastií. V některých obdobích se jim daří hůř, jindy líp. Jejich doslova zlatá éra nastává za vlády Mingů.   Kastrace u čínských eunuchů spočívá v odříznutí penisu i varlat najednou. Zpočátku se jedná o trest, ale císaři z dynastie Mingů ho […]
Cenzuroval tyran Čelakovský své ženě dopisy?
Na psacím stole se vrší jedna kniha za druhou. „Samé učebnice. A k čemu?“ rozčiluje se František Ladislav Čelakovský. Ambice jeho ženy ho přivádějí k nepříčetnosti.   O své rodiče přišla Bohuslava Rajská (původním jménem Antonie Reissová; 1817–1852) už v mládí. Nějakou dobu proto žije v rodině své sestry Karoliny. Má tam k dispozici rozsáhlou knihovnu, kde se s nadšením vzdělává […]
Zajímavosti
Gateway: Brána do hlubokého vesmíru
Gateway Arch je kovový oblouk v St. Louis a vzdává hold době osidlování divokého západu. Je to symbolická brána na západ, která má připomínat odvahu prvních kolonistů. Jméno si vypůjčí nový vesmírný projekt, který má stejným způsobem otevřít cestu do kosmu.   Gateway znamená „brána“ a veřejnosti je tento projekt představen v roce 2019. „V nejbližší […]
Čtyřlístek: Vada, která nosí štěstí?
Hledali jste někdy na letní louce čtyřlístek? Je to výzva a jen málokdy bývá tato snaha korunována úspěchem. Není divu: podle odborníků je pravděpodobnost jeho nalezení jen 1 ku 10 000.   Za touto romantickou trofejí stojí poměrně prozaická věc: genetická anomálie, která postihuje jinak zcela běžný jetel plazivý. Na vzniku lístků navíc se může […]
Nekonečné schodiště: Mazaná optická hádanka
Stoupáte schod po schodu nahoru, zatáčka… Ale vždyť tady jste už byli! Ne, v realitě toto schodiště postavit neumíme. Zato na papíře či monitoru nám dokáže pořádně zamotat hlavu. „Je to nemožnost ve své nejčistší formě,“ nechá se slyšet jeden z jeho tvůrců, Roger Penrose.   Vytvoří na 2500 objektů, ze kterých lidem spadne brada. Vždyť vypadají […]
Kolonie Roanoke: Kam zmizelo 120 anglických osadníků?
Domy jsou opuštěné, borový les tiše hučí a večerní stíny se plazí mezi kmeny. Kolem osady na ostrově Roanoke v dnešní Severní Karolíně je nově postavená palisáda, ale ani to nejspíš nedokáže osadníky zachránit. Muži, ženy, děti – všichni jsou pryč. Nadobro a navždycky!   Anglický kapitán John Smith (1579–1631) v srpnu 1587 naposledy zamává své […]
Záhady a napětí
Co způsobuje záhadné výbuchy u jezera Seneca?
Už celá staletí se u jezera Seneca v USA ozývají hlasité rány a dunění připomínající výstřely z děl doprovázené slabými, ale měřitelnými otřesy. Říká se jim „senecká děla“ či „jezerní bubny“ a pro vědce jsou stále neobjasněnou záhadou. Co může tyto tajemné zvuky způsobovat?   Ledovcové jezero Seneca v americkém státě New York je se […]
Potopená relikvie: Nesla ruská loď kus Pravého kříže?
Vlajková loď ruské Černomořské flotily Moskva se v roce 2022 potopí po zásahu ukrajinskými raketami. Ke dnu s ní však údajně klesá i velmi vzácná relikvie: Na palubě se měl totiž nacházel kousek Pravého kříže, tedy dřeva, na němž byl ukřižován Ježíš Kristus! Byla ale relikvie vůbec na lodi? Co se s ní potom stalo? A přispěla nějak […]
Hlídá mýty opředený hloh přechod mezi světy?
Strážce před neviditelným zlem i důvěrný spojenec v časech slabosti a zoufalství. Nenápadný hloh provází člověka po tisíce let. Jeho trny měly odhánět démony, květy chránit nevěsty a celé keře vymezovat hranici mezi světem živých a mrtvých. Proč se tyhle rostliny sázely u hrobů a proč se k nim lidé obraceli, když hledali klid, spánek […]
Zázračné obrazce v Cajamarquille: Jde o obří svislé pohřebiště?
O nejslavnějších geoglyfech na peruánské planině Nazca byly popsány již stohy papírů, přitom relativně nedaleko lze najít méně známý, ovšem stejně záhadné útvary, takzvané Band of Holes, neboli Pás děr. Ze vzduchu připomíná obří děrovaný pás táhnoucí se krajinou. Tisíce jam seřazených do dokonalých řad. Kdo je vykopal, kdy a hlavně proč? To je dodnes […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Záhadný muž kolem sebe šířil zlo
nejsemsama.cz
Záhadný muž kolem sebe šířil zlo
Nový přistěhovalec do vesnice byl pro všechny hrozbou. V mnoha rodinách se vypráví staré příběhy a historky. Některé jsou veselé, jiné napínavé a občas se objeví i strašidelné. O jeden z nich, který mi kdysi vyprávěla moje babička, se s vámi chci podělit. Temné proroctví se naplnilo Babička žila v mládí v jedné vesnici na
Jak nás zajíček Bob zbavil alergií
skutecnepribehy.cz
Jak nás zajíček Bob zbavil alergií
Dcera našla toho malého chlupáčka v trávě, a nedala si ho vzít. Bylo to přesně na Velký pátek, a to se prý dějí zázraky. Ten zajíček nám opravdu přinesl štěstí. Když byly naše děti malé, jezdili jsme na Velikonoce k mým rodičům na venkov. Svátky jara tam byly mnohem krásnější a zajímavější, než ve městě. Tam se držely tradice vždycky,
Šílenství a melancholie vládců: Psychiatrie mocných
21stoleti.cz
Šílenství a melancholie vládců: Psychiatrie mocných
Dějiny se obvykle píší skrze data, jména nebo události. Z nich pak pramení příběhy válek, převratů, triumfů i tragédií. Jenže za tím vším, co se jeví jako nevyhnutelný běh dějin, stojí lidé a ti mají
Velikonoční čepičky s oušky
panidomu.cz
Velikonoční čepičky s oušky
Pokud se vám nechce do barvení vajíček, tak je zkuste naparádit čepičkami se zaječími oušky. Háčkované Budete potřebovat: – háček 2,5 mm – bavlněnou přízi Postup Háčkujte v řadách, na začátku každé řady uháčkuje 1 řetízkové oko (ŘO). Začíná se na špičce čepičky. Čepička 1. ř.: 2 ŘO, do prvního oka 6 krátkých sloupků (KS),
Ráno určí celý váš den
tisicereceptu.cz
Ráno určí celý váš den
Bzučící budík nikdy nikomu na náladě nepřidal. Bez něj byste ale nevstali. To ostatní ale máte plně ve své kompetenci. Můžete si zařídit takové ráno, které vám rozjasní a rozzáří celý následující d
Tři tajemství Velikonoc: Proč se na zajíce dívá Starý zákon skrz prsty?
epochaplus.cz
Tři tajemství Velikonoc: Proč se na zajíce dívá Starý zákon skrz prsty?
Sice neumíme přesně určit, kdy byl Ježíš ukřižován, a přes ustálené rčení „Kristova léta“ ani to, kolik mu bylo roků, nicméně naše Velikonoce stojí právě na jeho ukřižování na Velký pátek a následném zmrtvýchvstání. Kolik mu bylo let? Většina teorií se kloní k 7. dubnu roku 30 nebo 3. dubnu roku 33. Ovšem takřka žádná
Titanic v Praze: Výstava, která vás vtáhne do skutečných osudů slavné lodi
epochanacestach.cz
Titanic v Praze: Výstava, která vás vtáhne do skutečných osudů slavné lodi
Až do 22. května 2026 se v pražském PVA EXPO PRAHA v Letňanech koná výstava Titanic – The Artifact Exhibition, která představuje stovky originálních artefaktů vyzvednutých z vraku legendární lodi. Díky autentickým exponátům a silným lidským příběhům zažijete historii Titaniku, legendárního parníku, který se v roce 1912 (15. 4. ve 2:20) potopil ke dnu Atlantiku.
Čtvrtého manžela Halle Berry hýčkat  rozhodně nehodlá
nasehvezdy.cz
Čtvrtého manžela Halle Berry hýčkat rozhodně nehodlá
Nastávající manžel herečky Halle Berry (59), muzikant Van Hunt (56), to zřejmě nebude mít vůbec lehké. Legendární Bond girl se totiž rozhodla své polovičce v manželství už nedávat nic zadarmo. Žádn
Působí starověké pyramidy tajemnou energií?
enigmaplus.cz
Působí starověké pyramidy tajemnou energií?
Protínají naši planetu neviditelné energetické dráhy? A stavěli dávní stavitelé pyramid své monumenty právě tam, kde Země „pulzuje“ nejsilněji? Teorie o tzv. ley lines láká dobrodruhy, záhadology
Debakl Římanů u Arausia: Za masakr mohli rozhádaní velitelé
historyplus.cz
Debakl Římanů u Arausia: Za masakr mohli rozhádaní velitelé
Germáni rozprášili jejich předvoj. Nepříjemná zpráva přinutí Caepia, aby se vrátil zpět na druhý břeh řeky za konzulem Maximem. Jeho rozkazům se ale nepodvolí, na to je příliš ješitný! Místo toho na vlastní pěst zaútočí na nepřátelský tábor… Severní hranici Římské republiky začnou na konci 2. století př. n. l. ohrožovat migrující germánské kmeny. Jde
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
Kalkulačka jako umělecký objekt: Casio S100X-JC1-U spojuje technologii s tradicí
iluxus.cz
Kalkulačka jako umělecký objekt: Casio S100X-JC1-U spojuje technologii s tradicí
Na první pohled jde o obyčejnou kalkulačku. Model Casio S100X-JC1-U však tento stereotyp zcela bourá a posouvá jej do sféry luxusních objektů. Vznikl jako vrchol řady S100X a představuje spojení preci
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