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
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. […]
Do Českého Švýcarska se vrátil oheň. Plameny z jara jsou sice bezpečně uhašeny, znovu ale vzplály varovné hlasy volající po krocích, které by vzrůstající riziko lesních požárů do budoucna minimalizovaly.   Lesní požáry už nejsou problémem pouze vzdáleného Středomoří. S oteplujícím se klimatem, vysušenou krajinou a desetiletími lidských zásahů se z nich stává nový evropský normál […]
Výlet do australské přírody může na věci neznalého turistu působit jako idyla – žádné velké šelmy, možná jen pozor na hady. Jenže také na jedovaté pavouky a štíry a co už tuší málokdo, i na nenápadný keř se srdčitými listy. Stačí letmý dotyk a ozve se pronikavá bolest, která přetrvává i týdny.   Nenápadný tento […]
Když se narodí dítě s těžkou vrozenou vadou jícnu, neodvratně ho čeká série náročných operací a dlouhé roky zdravotních komplikací. Britští vědci nyní představili technologii, která by jednou mohla nabídnout jiné řešení. V laboratoři se jim podařilo vypěstovat funkční náhradu části jícnu, která úspěšně obstála v testech na zvířatech.   Jícen je svalová trubice, spojující […]
reklama
Historie
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 […]
Vařila prvorepubliková hospodyně podle sandtnerek?
Hospodyně Františka přemítá, co bude dneska vařit. Pracuje v rodině pana rady a ten má mlsný jazýček. Zalistuje proto rychle v jedné ze „sandtnerek“.    „Zaplaťpánbůh, že už nemusíme chodit s lístky,“ povzdechne si směrem ke služce, kterou má v kuchyni k ruce. Ještě v prvních letech nové republiky fungoval kvůli nedostatku zboží přídělový systém. […]
Úchvatné tiáry britské královské rodiny: Svatební klenot Alžbětě II. praskl
Budoucí královna Alžběta II. se 20. listopadu 1947 vdává za svého vyvoleného Filipa Mountbattena. Aby měla na obřad ve Westminsteru podle tradice „něco vypůjčeného“, její matka jí věnuje jedinečný šperk ze své soukromé kolekce – diamantovou tiáru královny Marie.   „Je to ošklivá špičatá tiára,“ zhodnotil klenot britský politik Sir Henry Channon (1897–1958), když si […]
Dal si doutníkový magnát postavit hrad jako z pohádky?
Střední Evropu v roce 1241 zle poplení Mongolové. Později obávaní kočovníci sice odtáhnou, všichni ale počítají s jejich návratem. Václav I. proto začne jednat. Na další případné řádění barbarů z východu se chce pečlivě připravit!   Český král Václav I. (1205–1253) přijme opatření, která mají posílit obranu jeho království. Zajistit hodlá především severní hranici. Na […]
Zajímavosti
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, […]
Upíří jelen: Seznamte se, kabar pižmový!
Vypadá jako jelen, vlastní dlouhé špičaté zuby, jeho pižmo najdeme v parfémech celého světa a narazit na něj je velice těžké. Tato charakteristika sedí na jediného zástupce zvířecí říše – kabara pižmového.   V Evropě ho jako první popíše švédský botanik Carl Linné (1707–1778), jenže v Asii o něm ví už celá staletí. Zvíře připomíná jelena, v kohoutku dosahuje […]
Ledová expedice: Jak dostat kostku ledu na Saharu
Arktický mráz, tři tuny ledu, jedno auto, tisíce kilometrů, písek a tropické vedro. To je ve zkratce zdánlivě nesplnitelná výzva, která se promění v úžasné dobrodružství a důkaz, že nic není nemožné.   Vše začíná na podzim 1958 jako hec. Rádio Luxembourg přichází s neobvyklou výzvou. Tomu, kdo dokáže dopravit ze severního polárního kruhu na […]
Smola: Voňavé a léčivé slzy stromů
Když se v lese přiblížíte k jehličnanům, můžete ucítit zvláštní vůni. Vychází z lepkavé látky, která vytéká z poraněného kmene. Kdysi lidé věřili, že právě v ní je síla stromu. Smola také patří k nejstarším surovinám, s nimiž lidstvo pracovalo.   Chrání strom před infekcí, hmyzem a vysycháním. Dá se říct, že je to přírodní […]
Záhady a napětí
Vražedný dům v Chicagu: Nejděsivější místo USA?
Na rohu ulic West 63rd Street a South Wallace Avenue v Chicagu stojí nenápadná pošta. Nemá žádný speciální nápis ani pamětní desku. A přesto prý místní zaměstnanci neradi chodí do sklepa. Právě tady totiž sídlil sériový vrah H. H. Holmes a také nejpropracovanější past na lidi v dějinách americké kriminalistiky.   Herman Webster Mudgett (1861–1896) přijíždí […]
Tragédie v Aberfanu: Předpověděla dívka smrtící sesuv půdy?
Ráno odchází do školy jako tisíce jiných dětí. Ještě předtím se ale svěří matce s podivným snem. Ve škole, kterou dobře zná, tentokrát nevidí budovu ani spolužáky. Místo nich se před ní tyčí cosi temného. O několik hodin později je mrtvá. Mohla devítiletá   Zahlédla vlastní osud? Dne 21. října 1966 se velšská vesnice Aberfan […]
Upírka z Dunaje: Žena, která chodila po vodě
Je pozdní noc a po hladině Dunaje kráčí žena. Neklesá, nezanechává vlny a pohybuje se tiše, jako by černá voda pod ní byla dlažbou. Muž, který ji z břehu pozoruje, ji údajně poznává, jenže Ruža Vlajna má být v tu chvíli mrtvá celé století. Vesnice Kisiljevo v severovýchodním Srbsku má s upíry nevyřízené účty.   […]
Poltergeist od Rudňan: Záhadné kamenování odnikud!
Kámen dopadl na hladinu řeky bez zvuku, jako by se samotná voda rozhodla mlčet. Mladší z chlapců bolestně strhl ruku, ale další úder ho zasáhl dříve, než si vůbec uvědomil pohyb: tiše, nelidsky přesně. „Odkud…?“ zachrčel starší student, ale v houštině na břehu nebyl nikdo, kdo by po nich mohl cokoliv házet. A když se […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Prostor, který roste s dítětem
rezidenceonline.cz
Prostor, který roste s dítětem
Je to svět, který se vyvíjí a proměňuje od prvních dětských krůčků až po dospívání. Správně navržený pokoj podporuje bezpečí, kreativitu, soustředění i odpočinek a reaguje na každou etapu života a specifické potřeby dítěte. Pro nejmenší je klíčová jednoduchost, měkkost a bezpečí, proto by pokoj miminka měl působit především klidně a útulně. Předškolní věk je
Vrstvený salát do skla
nejsemsama.cz
Vrstvený salát do skla
Salát na cesty i do práce můžete různě obměňovat podle toho, co máte doma. Zálivkou ho zalijte až těsně před podáváním, aby zeleninu nerozmočila. Na 2 porce potřebujete: ✿ 1/4 ledového nebo jiného salátu (římský salát, polníček…) ✿ 1 malá konzerva kukuřice ✿ ½ okurky ✿ 2 rajčata Zálivka: ✿ 4 lžíce olivového oleje ✿ 1 lžíci citronové šťávy ✿ ½ stroužku
Jahodovo-melounová polévka
tisicereceptu.cz
Jahodovo-melounová polévka
Studené ovocné polévky jsou ideálním osvěžením pro horké dny. Potřebujete 200 g jahod 600 g žlutého melounu 100 ml sladkého dezertního vína 50 g cukru krystal 1 lžíci medu 200 g zakysané sm
Poznejte údolí Desné: od Dlouhých strání po termální prameny
epochanacestach.cz
Poznejte údolí Desné: od Dlouhých strání po termální prameny
Jen málokteré místo v České republice nabízí tolik rozmanitých zážitků na tak malém území jako údolí řeky Desné v srdci Jeseníků. Během jediného dne můžete nahlédnout do útrob jedné z nejvýznamnějších vodních elektráren v Evropě, vydat se na horské hřebeny, projet se na koloběžce a den zakončit poznáváním památek ve Velkých Losinách nebo v termálním
Odpustit je úleva, ale bývá to nesmírně těžké
skutecnepribehy.cz
Odpustit je úleva, ale bývá to nesmírně těžké
Když se ukázalo, že si manžel našel milenku, rozhodla jsem se trpělivě vyčkávat, přesvědčena, že se dříve či později vrátí k rodině. Možná je to jedna z nejtěžších věcí na světě. Ale každý, kdo s tím má nějaké zkušenosti, se zapřísahá, že pokud odpustíte, znatelně se vám uleví. Když se ke mně doneslo, že si manžel pořídil milenku,
Vyměnil Batulkovou přítel za mladší exemplář?
nasehvezdy.cz
Vyměnil Batulkovou přítel za mladší exemplář?
Už nějaký čas se lidé ptali, jestli jsou herečka ze seriálu Slunečná Dana Batulková (68) a její partner, režisér Ondřej Zajíc (56), ještě vůbec spolu. Herečka od sebe přítele od samého začátku odhán
Emirates a South African Airways rozšiřují partnerství. Cestujícím nově zpřístupní dalších devět destinací v jižní a střední Africe
iluxus.cz
Emirates a South African Airways rozšiřují partnerství. Cestujícím nově zpřístupní dalších devět destinací v jižní a střední Africe
Společnosti Emirates a South African Airways (SAA) rozšiřují svou dlouholetou codesharovou spolupráci. Nová reciproční dohoda zpřístupní cestujícím devět dalších destinací v jižní a střední Africe a u
Kde se v čínské poušti vzali modroocí blonďáci?
historyplus.cz
Kde se v čínské poušti vzali modroocí blonďáci?
V poušti Taklamakan byla koncem minulého století objevena stovka hrobů s téměř netknutými mumiemi. Všichni mrtví byli pohřbeni s úctou a četnými milodary. Asi nejvíc přitom vědce zaujal hrob tříměsíčního chlapečka s modrou filcovou čapkou, z níž se draly blonďaté vlásky. Fakt, že jsou těla dávných lidí nesmírně dobře zachovalá, přičítají odborníci zdejším klimatickým podmínkám. Sucho, prosolené písky a extrémně
Nejodvážnější zvíře podle Guinnessovy knihy rekordů? Šelmička s pruhem na hřbetě!
21stoleti.cz
Nejodvážnější zvíře podle Guinnessovy knihy rekordů? Šelmička s pruhem na hřbetě!
Medojed kapský je lasicovitá šelma, kterou bychom velikostí mohli přirovnat k českému jezevci. Je extrémně nebojácná, ostatně bývá označována za nejodvážnější zvíře vůbec. V této souvislosti je dokonc
Sůl nad zlato, ale přiměřeně
panidomu.cz
Sůl nad zlato, ale přiměřeně
Většina lidí po celém světě jí soli až moc. Často i nevědomky, protože netuší, jak velké množství se jí skrývá v průmyslově vyráběných potravinách, dokonce i těch sladkých.     Sůl je zdravá Ale v ani ne třetinovém množství, než je pro většinu populace běžné. Její základní složky– sodík a chlór – jsou zásadní pro správné hospodaření
Rákos: Nenápadný poklad z mokřadů
epochaplus.cz
Rákos: Nenápadný poklad z mokřadů
Šumí ve větru na březích rybníků, ukrývá vodní ptáky a mnozí kolem něj procházejí bez povšimnutí. Přesto právě rákos pomáhal stavět domy, vyrábět lodě, zapisovat první texty a inspiroval řadu pověstí. Tato skromná, ale užitečná rostlina provází člověka už tisíce let. Většina lidí vnímá rákos jen jako obyčejnou kulisu letního koupání. Stačí se však podívat
Železný zázrak z Indie: Proč tento sloup už 1 600 let nezná rez?
enigmaplus.cz
Železný zázrak z Indie: Proč tento sloup už 1 600 let nezná rez?
Představa, že železo musí na dešti během několika let zrezivět, bere v Dillí za své. Uprostřed komplexu Qutb stojí více než sedm metrů vysoký železný sloup, který už přibližně 1 600 let odolává počasí
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