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
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 […]
Připomíná to námět apokalyptického seriálu The Last of Us. A skoro mrazí při představě, že podobné horory probíhají v přírodě běžně – s tím rozdílem, že nejde pouze o infekce parazitickou houbou a že predátor dokáže ovládat jen vývojově nesrovnatelně jednodušší živočichy, než je člověk.   Najít skutečné zombie není nic nemožného ani v naší přírodě. […]
reklama
Historie
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 […]
Pád Maximiliena Robespierra: Zuřivého jakobína nikdo nelitoval?
V horké letní noci trpí Robespierre krutými bolestmi. Zmítá se na lůžku a hlavou mu víří kolotoč myšlenek. Když se probere z mdlob, vzpomene si na jednu z pařížských jasnovidek, kterou před lety navštívil. Prorokovala mu tragický osud. Tehdy se jí vysmál.   „Robespierre to dotáhne hodně daleko,“ prohlásil o něm jiný významný francouzský revolucionář, Honoré de Mirabeau […]
Zajímavosti
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 […]
Nálezy z Lindowu: Hlava ženy a zavražděný druid
Asi 20 kilometrů od anglického Manchesteru se rozkládá rašeliniště, které místní znají jako Lindow. Místo ale kromě močálů skrývá pozůstatky minulosti.   Na kalendáři bychom nalistovali 13. května 1983. Těžaři Andy Mould a Stephen Dooley zaregistrují na dopravním pásu něco neobvyklého. „Není to fotbalový míč?“ uchechtne se jeden z nich. Stroj zastaví a předmět položí na […]
Nejlepší úkryt pro Nobelovy ceny? Chemický roztok!
Po dvou dlouhých letech otevírá dveře své laboratoře. Oči prolétnou po stole, aby pak ulpěly na regálu, kde se nachází všemožné látky. Hledá žluto-oranžovou tekutinu, jakmile ji zahlédne, nesmírně se mu uleví. Teď může svůj plán dokončit.   Pod termínem aqua regia se skrývá směs s názvem lučavka královská. Svůj přídomek nemá pro nic za nic, […]
Záhady a napětí
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 […]
Mapa, která neměla existovat: Piri Reis a tajemství předpotopních map světa
V roce 1513 nakreslil osmanský admirál Piri Reis mapu, která podle mnohých měla vzniknout až o dvě staletí později. Na kusu gazelí kůže se totiž objevuje pobřeží připomínající Antarktidu bez ledového příkrovu, tři sta let před jejím objevením. Odkud čerpal? Existovala snad civilizace se znalostmi, jež historie dosud nezaznamenala?   Píše se rok 1513, osmanský […]
Ďáblovo moře u Japonska: Mizí v asijském Bermudském trojúhelníku lodě ve spárech neznámé síly?
Jižně od japonských ostrovů se rozkládají vody, kterým se přezdívá Ďáblovo moře. Vypráví se o lodích mizejících beze stopy, podivných světlech, zrádných proudech i mořských dracích, kteří měli tyto končiny střežit už v dávných legendách. Je tichomořský Dračí trojúhelník skutečně prokletým místem, nebo se zde jen nebezpečná příroda proměnila v jednu z nejpůsobivějších námořních záhad? […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Kosmický bar zve na skleničku: Opravdu vesmírem plují mračna etanolu?
epochaplus.cz
Kosmický bar zve na skleničku: Opravdu vesmírem plují mračna etanolu?
Představa je to zajímavá. Někde hluboko v Mléčné dráze existuje obrovský oblak alkoholu. Žádný bar, žádné skleničky, žádný barman, přesto astronomové skutečně nacházejí ve vesmíru molekuly etanolu, tedy stejné látky, která je součástí alkoholických nápojů. Poprvé je zachycují už v roce 1975 a od té doby se ukazuje, že kosmická chemie je mnohem pestřejší, než
Zastřihněte to
panidomu.cz
Zastřihněte to
Zkusili jste někdy spočítat, kolikrát do roka vezmete na zahradě do ruky nůžky? Určitě hodně často. A možná máte víc druhů. Některé na silnější větve, jiné na keře či tvarování buxusu, další na trávy nebo květiny. Když ovšem začnou stříhat špatně, je načase je vyměnit za nové. A v obchodech je výběr obrovský. S jedním nebo se
Amelie Posse-Brázdová: Hraběnka se vloudila k Benešovi jako uklízečka
historyplus.cz
Amelie Posse-Brázdová: Hraběnka se vloudila k Benešovi jako uklízečka
Je to patrně poslední příležitost, jak přítele Edvarda Beneše přesvědčit, že je načase opustit Československo. Švédská hraběnka Amelie Posse-Brázdová se údajně převlékla za uklízečku a proklouzla do ložnice nemocného prezidenta. K emigraci v roce 1948 ho nepřemluvila. Záhy už musí prchat z komunistického Československa sama. Stihne to jen tak tak, aby ji tu noví mocipáni nezavřeli. Amelie
Kam letos vyrazit na poslední chvíli: moje zkušenosti s last minute dovolenou
epochanacestach.cz
Kam letos vyrazit na poslední chvíli: moje zkušenosti s last minute dovolenou
Last minute dovolená může být vhodnou volbou pro cestovatele, kteří chtějí odjet v blízkém termínu, jsou flexibilní při výběru destinace a hledají zajímavý poměr ceny, kvality a služeb. Nejde však pouze o rychlé nalezení nejnižší ceny. Důležité je porovnat termín, délku letu, počasí, úroveň hotelu, stravování, transfer i vhodnost destinace pro konkrétní typ cestovatele. Jiné
Nerozluštěné tajemství: Kdo zakládal první české hrady?
enigmaplus.cz
Nerozluštěné tajemství: Kdo zakládal první české hrady?
Když se řekne český hrad, většina lidí si představí kamenné věže, cimbuří a rytíře. Jenže první české „hrady“ vypadají úplně jinak. Jsou ze dřeva, hlíny a kamení, obepínají je mohutné valy a příkopy a
Syndrom polycystických ovarií jako tichý sabotér ženského zdraví
21stoleti.cz
Syndrom polycystických ovarií jako tichý sabotér ženského zdraví
Lékařská komunita se po 14 letech rozhodla syndrom polycystických ovarií přejmenovat na polyendokrinní metabolický ovariální syndrom (PMOS). Nový název konečně říká pravdu – nejde o cysty, ale o kompl
Zapletla se Lopez svým osobním strážcem?
nasehvezdy.cz
Zapletla se Lopez svým osobním strážcem?
Rozjela snad herečka a zpěvačka Jennifer Lopez (57) romanci s osobním strážcem? Právě to se nyní povídá. S prošedivělým drsňákem, který je v současnosti v jejích službách, měla být viděna v situaci,
Polévka z pečené řepy s jogurtem
tisicereceptu.cz
Polévka z pečené řepy s jogurtem
Červená řepa je nejen neskutečně zdravá, ale také chutná. Suroviny 6 hlaviček řepy 2 červené cibule 1,5 l zeleninového vývaru 100 ml řeckého jogurtu 1 mrkev 2 bobkové listy pár kuliček nov
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
Ta žena jen využívala mé laskavosti
skutecnepribehy.cz
Ta žena jen využívala mé laskavosti
Bylo mi té osamělé ženy a jejího dítěte líto, tak jsem s ní navázala přátelství. Moje laskavost a štědrost se brzy stala pro ni samozřejmostí. Po pěti letech manželství, když už jsme měli dvě děti, jsme dostali s manželem konečně byt. Nemuseli jsme už žít s jeho rodiči v jejich domku. Nedělalo to dobrotu. Zejména s jeho matkou jsem měla rozdílné názory
Zacvičte s kily navíc
nejsemsama.cz
Zacvičte s kily navíc
V novém miniseriálu vám přinášíme tipy, jak dát sbohem kilům navíc. Dnes se zaměříme na to, proč si dát pozor na příliš rychlé hubnutí. Chcete zhubnout co nejrychleji? Kdo by ne! Mějte však na paměti, že shodit během chvilky vám sice může udělat radost, ale ne všem partiím se uleví. Vše se totiž projeví hlavně na
Bublinky bez alkoholu jsou stále oblíbenější. Kdy jim dát přednost a s čím je kombinovat?
iluxus.cz
Bublinky bez alkoholu jsou stále oblíbenější. Kdy jim dát přednost a s čím je kombinovat?
Přípitek už dávno nemusí automaticky znamenat alkohol. Nealkoholické varianty šumivých vín si postupně našly své místo na svatbách, večírcích, zahradních oslavách i při obyčejném posezení s přáteli. N
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