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
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, […]
Dvoulitrové srdce s výkonem 204 koní, sebevědomý design a spotřeba, která je tak trochu mañana. Nová Cupra Terramar přichází jako větší a vyzrálejší sourozenec úspěšného Formentoru. Působí drsně jako španělský rarach, ale když přijde na každodenní režim, umí být překvapivě střídmá. Tohle SUV má charisma, výkon i rozum. Terramar je přesně tím autem, které dává […]
Staré stromy, zejména duby, jsou klíčem k zachování přírodní rozmanitosti našich lesů. Poskytují totiž útočiště tisícům vzácných a ohrožených druhů. Právě na jednom z takových stromů se po více než 100 letech podařilo vědcům objevit lesknáčka dubového, jednoho z nejvzácnějších evropských brouků.   Dosud byl  znám z několika ojedinělých, převážně historických nálezů z jižní a […]
reklama
Historie
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 […]
Vyvíjel Bell telefon s uchem mrtvoly?
„Pane Watsone, přijďte sem, prosím,“ telefonuje šéf svému asistentovi do vedlejší místnosti. Na první pohled na tomto hovoru není nic výjimečného. Až na to, že je to úplně první telefonní hovor historie.   Rodák ze skotského Edinburghu Alexander Graham Bell (1847–1922) má mnoho zájmů. Hraje na klavír, studuje jazyky, ale především ho fascinuje věda. Okouzlí […]
Zajímavosti
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… […]
Černá skříňka: Co se nahrává v kokpitu?
Je to nenápadná, ale důležitá součást letadla. I když se jí říká černá, ve skutečnosti má tato „skříňka“ úplně jinou barvu. Proč?   Pokud bychom chtěli zjistit, proč se letovému záznamníku říká „černá skříňka“, musíme se vrátit do 30. let minulého století. Tehdy totiž francouzský inženýr François Hussenot (1912–1951) navrhne záznamník vybavený senzory, který zapisuje […]
Tisíciletý smích: Antika plná vtipů
Dávní Řekové sice milují filozofii a hluboké myšlenky, ale také se rádi zasmějí. Dobře dochovaná (a známá) sbírka vtipů totiž pochází z Řecka ze 4. nebo 5. století, tedy z konce starověku, a nese název Filogelos (Milovník smíchu).   Najdeme v ní 265 vtipů různého zaměření a námětů, kde často vystupuje postava scholastika. Někteří badatelé […]
Záhady a napětí
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 […]
Mystický pelyněk chrání, věští a odemyká tajemství
Hořká vůně, stříbrné listy a pověst byliny, která stojí na hranici mezi světy. Pelyněk provází lidstvo od antiky. Slouží jako ochranný talisman, nástroj věštců i brána do neviditelných rovin reality. Je zasvěcen bohyni Artemis, spojován s Lunou a používá se při rituálech očisty, vyvolávání vizí i k posilování intuice.   Co mají společného nizozemský malíř […]
Případ Brunovce: Útočila v obci neviditelná síla?
V tichém domě se ozvalo krátké klepání, jako by někdo neviditelný zkoušel pevnost stěn. Lampa na stole se zachvěla a židle v sousedním pokoji se bez varování převrátila. Domácí pán si právě s úlekem uvědomil, že ve svém bytě není sám – a že to, co se právě probudilo, nepatří do jeho každodenního světa. V […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
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
Bojovali ve válce Severu proti Jihu i američtí novináři?
historyplus.cz
Bojovali ve válce Severu proti Jihu i američtí novináři?
Vítr vzdychá. Další krvavý střet mezi modrokabátníky a armádou Konfederace je u konce. Ranní mlha se trhá a odhaluje siluety vojáků a osiřelých koní. Mrtvolné ticho náhle přeruší blesk fotoaparátu. Na scénu přichází novinář, který zvedne ležící tělo jižanského ostřelovače a přenese je o pár metrů dále. Taková příležitost. Pušku naaranžuje tak, aby co nejlépe
Šunkovo-cuketové rolky plněné ricottou
tisicereceptu.cz
Šunkovo-cuketové rolky plněné ricottou
Uzenina v menším množství jistě neuškodí. A v kombinaci s cuketou je to téměř zdravá pochoutka. Plněné rolky jsou skvělé jako pohoštění pro návštěvu. Ingredience 10 plátků šunky typu Prosciutto
Mumie z Klatov, tajemství skrytá hluboko pod jezuitským kostelem
enigmaplus.cz
Mumie z Klatov, tajemství skrytá hluboko pod jezuitským kostelem
Pod klatovským jezuitským kostelem Neposkvrněného početí Panny Marie a svatého Ignáce leží jedna z nejzáhadnějších památek v Česku, katakomby, kde se dochovalo několik desítek přirozeně mumifikovaných
Velovista v Korutanech už koncem dubna
iluxus.cz
Velovista v Korutanech už koncem dubna
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
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
Zázračný jablečný ocet
panidomu.cz
Zázračný jablečný ocet
Jablečný ocet je cenný pomocník při hubnutí, čistí tělo a zrychluje metabolismus. Využití je pestré – od vaření přes vlasovou péči až po úklid. Jak se vyrábí Kvašením jablečných slupek nebo celých jablek i s jádřinci. Slupky jsou osídlené kvasinkami nezbytnými pro výrobu octa. V první fázi kvasinky spotřebují cukr a vyrobí alkohol, ve druhé jiný druh
Pikantní polévka s cizrnou
nejsemsama.cz
Pikantní polévka s cizrnou
Krásně voňavá, lehce pálivá polévka s výraznou chutí potěší ty, kteří mají rádi trochu netradiční jídla. Na 6 porcí potřebujete: ✿ 2 stroužky česneku ✿ 4 lžíce oleje ✿ 1 cibuli ✿ 4 mrkve ✿ 1 lžíci kari ✿ 1 chilli papričku ✿ 3 cm čerstvého zázvoru ✿ 1 l zeleninového vývaru ✿ 1 konzervu 400 g cizrny ✿ špetku chilli vloček ✿ sůl, mletý barevný
Používání nástrojů není doménou lidí, zvládají to i zvířata!
21stoleti.cz
Používání nástrojů není doménou lidí, zvládají to i zvířata!
V průběhu lidské evoluce umožnilo používání nástrojů našim předchůdcům mimo jiné lov větší zvířecí kořisti, kdy konzumace na energii bohatého masa vedla ke zvětšení jejich mozků. Ovšem používání nástr
Nejlevnější půjčka: jak ji rozpoznat a získat
epochaplus.cz
Nejlevnější půjčka: jak ji rozpoznat a získat
Když se octnete v situaci, kdy potřebujete rychle sehnat peníze a nechcete se zadlužovat na dlouhé měsíce, začnete hledat způsob, jak ušetřit na úrocích a poplatcích. Možná zrová teď řešíte rozbitou pračku, nečekaný účet za auto nebo prostě potřebujete překlenout období do výplaty. V takových chvílích se každá koruna počítá a rozumný člověk se ptá:
Měla to od začátku promyšlené
skutecnepribehy.cz
Měla to od začátku promyšlené
Potkala jsem ji, když jsem hledala pomoc k nemocné matce, o kterou jsem se starala. V té chvíli mi přišla jako zázrak seslaný z nebe… Přišlo to nečekaně. Moji maminku před lety ranila mrtvice. Z ničeho nic. Tahle žena plná elánu a chuti do života se přímo před našimi zraky sesunula k zemi. Byli jsme
Agáta Hanychová vrací úder!
nasehvezdy.cz
Agáta Hanychová vrací úder!
Vypadalo to, že dvouletá soudní válka mezi Agátou Hanychovou (40) a Jaromírem Soukupem (57) končí, ale to by bylo příliš krásné. Ti dva se asi už nikdy nepřestanou napadat a urážet, ač jsou rodiči
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