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
Na první pohled vypadá jako futuristický model letadla z výstavy designu. Ostré hrany. Štíhlý trup. Austrálie právě testuje hypersonickou platformu DART – stroj, který si pohrává s rychlostmi nad pětinásobkem rychlosti zvuku. Australská společnost Hypersonix Launch Systems ve spolupráci s australským ministerstvem obrany nedávno provedla pozemní zkoušky svého bezpilotního stroje DART AE. Zkratka DART znamená […]
Vědci z Botanického ústavu Akademie věd ČR se podíleli na mezinárodním výzkumu, který ukazuje, že stromy jsou dlouhodobou a přesnou kronikou extrémních klimatických událostí. Výsledky publikované v časopise Communications Earth & Environment přinášejí nové poznatky o tom, jak se v posledních více než 150 letech měnila intenzita srážek z tropických cyklón.   Jak stromy odhalují […]
Spánek je součástí našeho života. Obnovuje tělo i mysl, pomáhá ukládat vzpomínky a udržovat energii. Vědci dnes zkoumají i jednu z nejzajímavějších myšlenek: čištění mozku od toxinů během spánku. Mluvilo se o tom, že mozek v noci „vyplavuje“ odpadní látky, ale nejnovější výzkumy naznačují, že to může být mnohem složitější.   V roce 2012 objevili […]
Mozek epileptika někdy připomíná burzu těsně před krachem. Na první pohled se zdá, že se nic zvláštního neděje. Čísla běží, grafy kolísají, nervové buňky si vyměňují signály v přesně daném rytmu. Jenže pod povrchem se hromadí napětí. Malé výkyvy, které běžný mozek bez potíží ustojí, se postupně sčítají. A pak stačí drobný impuls jako stres, […]
reklama
Historie
Pekař na chůdách zdolal téměř 3000 kilometrů
Obyvatelé kraje Landes na jihozápadě Francie žijí po staletí doslova odříznutí od světa. Místní proto běžně používají vysoké chůdy. Oblíbí si je nejen pastevci, kteří se díky nim mohou bez problémů pohybovat v bažinaté krajině, ale i poslové nebo pošťáci.   Chodit se na nich učí dokonce už děti! Chůdám zde odzvoní až koncem 19. století, […]
Athos: Panna Marie ze Svaté hory vypudila ženy
Nenápadný skalnatý výběžek do Egejského moře na řeckém poloostrově Chalkidiki je už více než 1000 let sídlem neobyčejných pravoslavných klášterů. Hned tak někdo je ale spatřit nesmí. Rozhodně ne žena.   Legenda praví, že poloostrov Athos v severním Řecku, vybíhající 50 kilometrů do Egejského moře, kdysi navštívila Panna Marie a zdejší impozantní horu prohlásila za svatou. […]
Jezdili středověcí havíři do štol na pytlích?
Někdy kolem roku 1290 jsou v oblasti dnešní Kutné Hory otevřeny bohaté stříbrné žíly. Rázem se sem sjíždějí lidé ze všech koutů království i z ciziny. Doboví kronikáři hovoří až o 100 000 příchozích, dnešní historikové jsou opatrnější a uvádějí 10 000. Mezi nimi je hodně zkušených havířů.   V počátcích těžby stříbra v Kutné […]
Dlouhá jízda: Barokní unikát lemují 7,5 metru vysoké zdi
Zámek v Děčíně jim patřil přes 300 let. Thun-Hohensteinové původem z jižního Tyrolska mu vtiskli současnou podobu, a to dvěma zásadními přestavbami. Při té první k zámeckému areálu vybudovali novou přístupovou cestu, která je zcela ojedinělou barokní stavbou svého druhu v Čechách.   Na dvoře císaře Leopolda I. (1640–1705) si v průběhu let vydobyl pevné […]
Zajímavosti
Victor Noir: Odvážný novinář láká ženy až po smrti!
Hodiny ukazují krátce po poledni, je 10. ledna roku 1870 a poklidný pařížský vzduch naplní třaskavý zvuk výstřelů. O pár chvil později vybíhá z domu dvojice mužů. Jeden z nich však klopýtá a po několika krocích padne k zemi a zemře.   Francouzský novinář Victora Noira (1848–1870) umírá příliš mladý a té pravé slávy se dočká až posmrtně. […]
Voyager 1: Kdy se nám ztratí z dosahu?
Zatím nemáme prostředky k tomu, abychom se vydávali do dalekých vesmírných končin. Proto posíláme za sebe na výzvědy průzkumné sondy. Nejvzdálenější z nich už urazila 25 miliard kilometrů! A dobrodružství (zatím) nekončí…   Do vínku dostane příznačné jméno Voyager (doslova Cestovatel) a označení 1. Má totiž ještě jednovaječné dvojče dvojku. Obě sondy tvoří desetiboké tělo, […]
Chiang Rai: Oáza plná chrámů
Město v severním cípu Thajska okouzlí na první pohled. Jeho architektonické skvosty, každý s jedinečnou barvou, příběhem a atmosférou, vás zcela pohltí.   Bílý chrám, thajsky Wat Rong Khun, působí jako by byl postavený z porcelánu. Jeho autorem je thajský umělec Chalermchai Kositpipat (*1955). Stavba začala v 90. letech a stále není zcela dokončená. Všechno […]
Tělo zemře, zuby zůstávají: Co nám mohou prozradit!
Po mnoha tvorech, kteří běhali po Zemi před miliony lety, nám zbyl jediný důkaz. Zub! Zuby jsou také často to nejzachovalejší, co najdeme v lidských hrobech z pravěku či starověku. Proč to tak je? A jak toho využít?   Na první pohled se může zdát, že zuby vůbec odolné nejsou. Stačí chvíli nedodržovat základní návyky… […]
Záhady a napětí
Noční kůň ze švýcarských močálů: Děsivý postrach neopatrných poutníků!
Osamělý unavený poutník se plouží mlžnou krajinou přes vřesoviště. Náhle se z mlh vynoří kůň, jehož kopyta sotva narušují zem, po které kráčí. Poklekne a nabízí milosrdenství, lákavý únik ze zrádné bažinaté krajiny. Pokud ale nasedne, odveze ho do neznáma. Opravdu stačí chvilka nepozornosti, aby se člověk ztratil navždy?   Odlehlá oblast Gruyère v kantonu Fribourg […]
První duch: Co odhalila babylonská tabulka?
V archivu Britského muzea v Londýně leží dlouhá desetiletí nenápadná hliněná destička. Až nedávno si jí během inventury všimne jeden ze zaměstnanců, a podívá se na ni pod lampou. K jeho překvapení z povrchu vystoupí jemné rytiny dvou postav: vychrtlý muž s provazy na rukou a žena, která ho kamsi vleče. Proč? Je muž skutečně duchem, jak nyní […]
Ovládal tajuplný Cagliostro skutečnou magii?
Je považován za podvodníka, šarlatána a manipulátora. Zároveň je uctíván jako zasvěcenec, mág a nositel prastarého vědění. Sicilan Alessandro Cagliostro patří k záhadným postavám dějin. Čím víc se jej historici snaží zařadit, tím méně se to daří. A čím důrazněji jej oficiální prameny odsuzují, tím vytrvaleji jej esoterické kruhy brání. Kdo tedy je muž známý […]
Záhada prokletého automobilu Phaeton: Proč svým majitelům přinášel smrt?
Automobil Phaeton, do kterého 28. června 1914 usedli následník trůnu František Ferdinand d’Este a jeho manželka Žofie, se stal svědkem jedné z nejtragičtějších událostí 20. století. Kulky, které zasáhly jeho karoserii, změnily historii světa – vedly k první světové válce. A kolem vozu se od té doby šíří temné příběhy o záhadných nehodách a úmrtích jeho […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Kočka: Záhadný tvor, který možná skrývá víc než si myslíte!
enigmaplus.cz
Kočka: Záhadný tvor, který možná skrývá víc než si myslíte!
Ve starověkém Egyptě byly kočky uctívané, ve středověku je naopak považovali za spřízněnce ďábla. Dnes jsou oblíbeným domácím mazlíčkem, kterého ale stále obestírá mnoho záhad. Co všechno kočky dokážo
Bratislavu před náletem nikdo nevaroval
historyplus.cz
Bratislavu před náletem nikdo nevaroval
Je krásný letní den. Když nad Bratislavou zaburácejí motory spojeneckých bombardérů, nikdo se tím nevzrušuje. Není to poprvé, co přelétávají nad městem, a tak nikdo ani nevyhlásí poplach! Jenže tentokrát je cílem Spojenců právě slovenská metropole. Letouny se rychle otočí a za pár desítek vteřin rozpoutají ohnivé peklo!   V Evropě už pátým rokem zuří
Napříč rakouskými Korutany v jedné stopě v rámci závodu Velovista
epochanacestach.cz
Napříč rakouskými Korutany v jedné stopě v rámci závodu Velovista
Druhý ročník Velovisty proběhne dokonce ve dvojité nabídce. Bezvadný loňský rozjezd slibuje ještě lepší pokračování. Zahajte cyklistickou sezonu pětidenní vyhlídkovou jízdou kolem korutanských jezer v nejslunečnější části Rakouska. Jede se na pohodu, s komfortním a kompletním servisem včetně noclehů. Letos o tři týdny dříve, už mezi 25. dubnem a 3. květnem. Ano, Velovista se dá
ZEM servíruje jaro na talíři
iluxus.cz
ZEM servíruje jaro na talíři
Velikonoce jsou svátkem jara, nových začátků a společných setkání u dobrého jídla. Restaurace ZEM v luxusním hotelu Andaz Prague proto zve na výjimečný velikonoční brunch, který hosty přenese do světa
Balanc na jedné noze? Podle vědců prospívá i mozku!
21stoleti.cz
Balanc na jedné noze? Podle vědců prospívá i mozku!
Starší muž kráčí po chodníku. Není už nejrychlejší a chůze ho vyčerpává, pořád se ale dostane, kam potřebuje. Náhle se před ním objeví překážka. Škobrtne a vzápětí se hroutí k zemi. Riziko takových pá
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
Oddělené životy Hilmerové a potom rozvod?
nasehvezdy.cz
Oddělené životy Hilmerové a potom rozvod?
Obrovskou zkouškou si prochází manželství herečky z kriminálky Odznak Vysočina Moniky Hilmerové (51). Jakožto hlavní tvář seriálu, kapitánka Dana Skálová, je „na place“ prakticky pořád. A to se odrá
Když ucho samo mluví
nejsemsama.cz
Když ucho samo mluví
Šumění, pískání nebo hučení v uchu není jen drobná nepříjemnost. Pro mnohé z nás se stává každodenním společníkem, který narušuje soustředění, spánek i psychickou pohodu. Odkud se tyto zvuky berou? Možná jste to zažila také: v tichu před usnutím se najednou ozve jemné pískání, šum nebo hluboké hučení. Zvuk nepřichází z okolí, ale jako kdyby vznikal přímo ve vašem uchu či
Bez taburetu se neobejdete
panidomu.cz
Bez taburetu se neobejdete
Taburet je takový sedák bez opěrky. Zastane však i funkci podnožky nebo stolku. Některé mají navíc šikovný úložný prostor.   Kdyby se rozdávaly ceny za nejskromnější, a přitom užitečný a praktický kus nábytku, určitě by vyhrál taburet. Je nevtíravý, nenápadný, klidně si sedí opodál a čeká, až na něj přijde řada, aniž by jakkoli rušil
Někdy se noční můra stane skutečností
skutecnepribehy.cz
Někdy se noční můra stane skutečností
Nejspíš protože jsem byla starší matka, měla jsem o syna velký strach, který mě mockrát až budil ze spaní. Nespouštěla jsem ho z očí. Syn byl vymodlené dítě starších rodičů. Bála jsem se o něj až hystericky, v noci jsem se budila hrůzou, zdálo se mi o prázdné postýlce anebo o tom, jak ho kdosi odvádí. Dívám se za nimi, snažím
Proč jsou sběratelské koníčky doménou kluků a chlapů? Psychologové nabízejí vysvětlení
epochaplus.cz
Proč jsou sběratelské koníčky doménou kluků a chlapů? Psychologové nabízejí vysvětlení
Známky, modely vlaků, staré mince, komiksy, hokejové kartičky nebo historické hodinky. Když přijde řeč na sběratelství, většina lidí si představí spíš muže než ženy. Statistiky aukčních domů i sběratelských klubů to potvrzují: mužů je mezi sběrateli výrazně víc. Psychologové ale tvrdí, že nejde o náhodu. Za mužskou vášní pro shromažďování věcí stojí směs evoluce, soutěživosti
Tuňáková pěna na chlebíčky
tisicereceptu.cz
Tuňáková pěna na chlebíčky
Exkluzivní pěna nebo pomazánka, která se bude hodit na každou vaší oslavu. Suroviny 1 lžíce balzamikového octa 1 lžíce citronové šťávy 1 lžíce světlé sójové omáčky 300 g kval
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