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
Představte si geopolitickou mapu světa v pozdních osmdesátých letech. Na jedné straně Washington, na druhé Moskva. Mezi nimi jaderný arzenál schopný zničit planetu padesátkrát dokola, železná opona a miliony vojáků v permanentní pohotovosti.   A pak je tu Donald Kendall, generální ředitel společnosti PepsiCo, který se v květnu roku 1989 stává admirálem flotily, jež čítá […]
Geny jsou zvláštní archiv. Pamatují si příběhy našich předků po tisíce generací a občas v nich zůstane i chyba, která se tiše dědí dál. Je nenápadná. Nepůsobí bolest ani únavu. Člověk o ní nemusí vědět celý život. Přesto může jednou rozhodnout o zdraví jeho dítěte. Právě to je případ řady dědičných onemocnění, například cystické fibrózy, […]
Plastový obal nebo ojetá pneumatika mají po skončení své služby nepříjemný problém. Materiál, ze kterého jsou vyrobené, jen tak nezmizí. Část podobného odpadu proto končí ve spalovnách nebo na skládkách. Česká společnost ENRESS ale ukazuje, že existuje i jiná cesta. Pomocí vysokých teplot dokáže z obtížně recyklovatelného odpadu znovu získat suroviny využitelné v průmyslu.   […]
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 […]
reklama
Historie
Proměnil architekt londýnské muzeum v katedrálu přírody?
Příroda je tu přítomná na každém metru. Přírodopisné muzeum v Londýně se chlubí nejen výjimečnými exponáty, ale také jeho výzdoba je s přírodou propojena tak, jako snad v žádné jiné budově na světě.   Druhá polovina 19. století je dobou, kdy se světové muzejní instituce předhánějí v tom, čí budova bude okázalejší ukázkou architektonické invence. Ani Londýn nezůstává […]
Žoldnéři za třicetileté války: Nejtěžší život měli mušketýři
„Tak dlouho jsme se píkami přeli, než se Bohu zlíbilo dát nám vítězství,“ líčí bitvu u Breitenfeldu 17. září 1631 John Forbes, jeden ze Skotů bojujících ve švédských službách. Zřejmě patřil k oddílům pikenýrů, nedílné součásti žoldnéřského vojska ve třicetileté válce…   Pikenýři společně s mušketýry tvoří páteř pěchoty za třicetileté války. Jejich hlavní zbraní […]
Nacista Streicher řídil mediální lynč Židů
Skoro 20 let učil na školách v rodném Bavorsku. Za vynikající službu v německé armádě za první světové války je Julius Streicher vyznamenán Železným křížem. Věří, že jako válečný hrdina uspěje i v politice.   Antisemitské názory přivedou Julia Streichera (1885–1946) do NSDAP. V listopadu 1923 se spolu s Hitlerem zúčastní v Mnichově neúspěšného pokusu […]
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 […]
Zajímavosti
Tajemství uprostřed lesa: Proč některé houby svítí?
Ta představa zní docela komicky. Čapnout košík s nožíkem, baterku nechat doma a hurá do temného hvozdu. Co naplat, že zrovna odbila půlnoc, naopak v tuto denní dobu jsou přece houby vidět nejlépe!   Nejméně 80 druhů různých hub vyluzuje světlo. V Česku se tento fenomén objevuje například u dřevokazné houby václavka obecná. Specifická vlastnost se ale […]
Atlantropa: Vybudujeme si nový kontinent?
Silnice je v tomto úseku rovná jako pravítko. Skřípavým zvukem se pravidelně ozývá vrzání bicyklu, na kterém se plahočí 67letý muž. Pak ticho prořízne zvuk motoru. Prásk…Kolo je ve škarpě a auto, aniž by kdokoliv zjistil, kdo je řidičem, mizí v dáli.   Při nehodě 25. prosince 1952 umírá Herman Sörgel (1885–1952). Studenti, pro které […]
John DeLorean: Vizionář, šoumen, zločinec, legenda
Z chudých detroitských poměrů se vypracuje mezi nejvýraznější osobnosti amerického automobilového průmyslu. Jeho futuristický vůz se stane jednou z ikon 20. století, jeho osud doslova antickou tragédií.   Dětství Johna Zacharyho DeLoreana (1925–2005) poznamená chudoba i agresivita otce, rumunského dělníka Zacharyho DeLoreana, který se vypracuje v narkomana na plný úvazek. Je odhodlaný dostat se od […]
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 […]
Záhady a napětí
Vesmírný kurýr s nákladem DNA: Přiletěl život na Zemi z chladné temnoty?
Vzorky z asteroidu Bennu, které na Zemi přiváží sonda OSIRIS-REx, obsahují aminokyseliny i stavební kameny DNA. Potvrzuje tento revoluční objev kontroverzní teorii panspermie, podle které jsme všichni potomky vesmírných mikrobů? Skrývá se v černé hrozbě letící vesmírem klíč k našemu vlastnímu původu, nebo jde jen o chemickou hříčku přírody?   V poušti v Utahu na […]
Bagdádská baterie: Starověká elektrárna z Iráku?
Vypadá nenápadně, jen malá keramická nádoba, měděný válec a železná tyčka zapečetěná asfaltem. Přesto právě tento nález z okolí iráckého Bagdádu už desítky let dráždí archeology, techniky i milovníky záhad. Mohli lidé ve starověkém Iráku znát princip elektrického proudu dávno předtím, než se o něj začala zajímat moderní věda?   Na první pohled by si […]
Vědci na stopě deváté planety: Skrývá se uvnitř Sluneční soustavy dosud nespatřený obr?
Vědci již delší dobu předpokládají, že se někde za Neptunem skrývá dosud neobjevená devátá planeta. Existují sice náznaky vypovídající ve prospěch této teorie, ale jednoznačné důkazy stále chybějí. Ten zatím nejpřesvědčivější přichází v podobě dvou infračervených snímků pořízených s odstupem 23 let.   Kolik je planet v našem slunečním systému? Správná odpověď je osm, i […]
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 […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Krémové kuřecí kari
nejsemsama.cz
Krémové kuřecí kari
Kate i princ William se několikrát zmínili o své oblibě indického kari, které doma často připravují. Ingredience pro 4 osoby: 600 g kuřecích stehenních řízků 1 cibule 3 stroužky česneku 2 cm zázvoru 1 lžíce kari koření 1 lžička garam masaly 400 ml kokosového mléka 200 ml kuřecího vývaru 2 lžíce oleje sůl pepř Postup: Kuřecí maso nakrájejte na sousta a lehce osolte.
Plísně i anémie: Nežádoucí účinky antibiotik
panidomu.cz
Plísně i anémie: Nežádoucí účinky antibiotik
I když jsou v příbalovém letáku uvedeny, někdy si souvislost s léčbou neuvědomíme. Poradíme, na co si zejména dávat pozor. Antibiotika jsou jedním z nejvýznamnějších objevů moderní medicíny, který zachránil nesčetně životů a zmírnil někdejší nebezpečnost bakteriálních infekcí. Jenže stejně jako kterákoli jiná léčivá látka mají kromě nezměrných výhod i jisté nepříjemné vedlejší účinky v
Jogurtové muffiny
tisicereceptu.cz
Jogurtové muffiny
Nadýchané malinové dortíky s vůní vanilky jsou sladkým zpestřením jakékoli oslavy. Suroviny na 8 kusů 2 vejce 150 g moučkového cukru 1 balení vanilkového cukru 150 g Hery 250 g bílého jogurt
Cesta Česka vyhlásila 4. ročník fotografické soutěže s názvem  „Poznej českou zemi a sám sebe“
epochanacestach.cz
Cesta Česka vyhlásila 4. ročník fotografické soutěže s názvem „Poznej českou zemi a sám sebe“
Spolek Cesta Česka vyhlásil 4. ročník fotografické soutěže s názvem „Poznej českou zemi a sám sebe.“ Soutěž je určena široké veřejnosti a zúčastnit se jí může každý, kdo přihlásí své fotografie na téma putování z trasy Poutní cesty Blaník–Říp nebo Poutní cesty Říp–Blaník. Cílem je představit cesty pohledem poutníků, kteří zachytí neobyčejnou atmosféru míst a konkrétní
Ďábel z Jersey: Veřejnost děsí už 300 let!
enigmaplus.cz
Ďábel z Jersey: Veřejnost děsí už 300 let!
Jedním z nejznámějších a zároveň nejdéle trvajících příběhů o ďáblovi pochází z amerického státu New Jersey. Lidé ho zde mají spatřovat již přes 300 let! [gallery ids="171844,171842,171843"] Ne
Dal si doutníkový magnát postavit hrad jako z pohádky?
historyplus.cz
Dal si doutníkový magnát postavit hrad jako z pohádky?
Střední Evropu v roce 1241 zle poplení Mongolové. Některé regiony se kvůli jejich drancování zcela vylidní. 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
Děsí Rolins mladá milenka?
nasehvezdy.cz
Děsí Rolins mladá milenka?
Až taková pohoda to nebude? Zpěvačka Dara Rolins (53) dala všem na vědomost, že končí s koncertováním a bude se věnovat jen a jen své lásce, exfotbalistovi Pavlu Nedvědovi (53) a budování jejich české
Máma nebyla zlá, jen nemilovaná
skutecnepribehy.cz
Máma nebyla zlá, jen nemilovaná
Celé dětství jsem si myslela, že mě máma nemá ráda. Po letech jsem pochopila, že někdy člověk neumí dát lásku jen proto, že jí sám měl tak málo. Telefon zazvonil právě ve chvíli, kdy jsem uklízela po večeři. Číslo jsem neznala. „Vaše maminka je v nemocnici,“ ozvalo se na druhém konci. Na okamžik jsem oněměla.
Biotechnologie otevírá nové možnosti recyklace betonu
21stoleti.cz
Biotechnologie otevírá nové možnosti recyklace betonu
Jak využít nejjemnější část betonového odpadu, pro kterou dnes recyklace jen obtížně hledá uplatnění a která často končí na skládkách? Čeští vědci prokázali, že takový betonový prach lze pomocí bakter
Tři mýty o zvířatech: Musí mít lvi hřívu?
epochaplus.cz
Tři mýty o zvířatech: Musí mít lvi hřívu?
Když má lev dostatek testosteronu, poznáte to na první pohled: Jeho hříva je jako z reklamy na ty nejlepší šampony. Vidí to samice – a chtějí se pářit, protože jejich mládě podědí skvělé geny. Vidí to samci – a klidí se raději z cesty. Ještě donedávna se mělo navíc za to, že hříva skvěle chrání
Mühle-Glashütte se navrací ke svým ranným začátkům
iluxus.cz
Mühle-Glashütte se navrací ke svým ranným začátkům
V roce 1996 uvedla značka Mühle-Glashütte své první náramkové hodinky. Žádné aplikace, žádné notifikace a už vůbec žádný displej, který vás pochválí za to, že jste se zvedli z pohovky. Mezi prvními mo
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
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