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
Ležel v horách více než pět tisíc let. Měl kožešinovou čepici, luk, toulec se šípy a na těle desítky tajemných tetování. Pak přišlo 19. září 1991 a mrtvý muž z doby měděné vstoupil do moderního světa. Dnes odpočívá za sklem archeologického muzea v Bolzanu. Teprve když před ním člověk stojí, naplno mu dojde, jak neuvěřitelný […]
Spánek není vypínač. Během noci se v našem těle odehrává složitá směs oprav, ukládání vzpomínek a regulace energie. Přesto s ním někdy zacházíme jako s něčím, co lze prostě „dohnat“ o víkendu. Jenže organismus podobné účetnictví příliš neuznává. Člověk může strávit v posteli osm hodin a ráno se cítit, jako by celou noc stěhoval nábytek. […]
Včera jsme si připomněli Mezinárodní den ochrany ozónové vrstvy. Před 39 lety se státy světa dokázaly shodnout na něčem, co mělo skutečný dopad: Montrealský protokol pomohl zastavit používání látek, které ozónovou vrstvu ničily. Je to dobrá připomínka, že udržitelnost nemusí znamenat návrat do jeskyně. Někdy stačí jednoduše méně plýtvat. Třeba i energií. A přesně na […]
Co rozhoduje o tom, kdy strom skutečně roste? A liší se růst mladých stromků v podrostu od dospělých jedinců, jejichž koruny tvoří nejvyšší patro lesa? Právě na tyto otázky se zaměřil tým vedený Jakubem Kašparem z odboru ekologie lesa VÚK.   Mladé stromy rostoucí pod korunami jejich větších souputníků mají kratší růstovou sezonu a méně […]
reklama
Historie
Milánský dóm se stavěl téměř 600 let
Chopil se vlády v Miláně. Ve snaze zvýraznit svou moc a bohatství i význam celého města se vévoda Gian Galeazzo Visconti rozhodne zrealizovat ambiciózní architektonický projekt. Jde o jednu z největších gotických katedrál na světě, která je v mnoha směrech výjimečná!   Katedrála Narození Panny Marie (Duomo di Milano – Milánský dóm) se na náměstí […]
Obávaný Hannibal osudově podcenil soupeře
„Jejich jízda je slabá,“ hlásí Hannibalovi jeho vyslanci, kteří se právě vrátili z tábora Římanů. Punský vojevůdce se tedy odhodlá k rozhodující bitvě. Netuší však, že Scipiona těsně před ní posílí asi 6000 numidských jezdců.   Do bitvy u Zamy, k níž dojde na dohled Kartága (v dnešním Tunisku) v rámci druhé punské války, vyšlou […]
Clípnému Frantšikovi I. se pomstil zhrzený právník
Francouzského krále Františka I. už roky trápí záhadná nemoc. Tělo má poseté boláky a den ode dne slábne. „Je to trest! Za jeho prostopášný život,“ šuškají si dvořané o záletném panovníkovi. Léčba rtutí navíc ani trochu nepomáhá. Spíš naopak.   „Kdyby každá noc byla tak sladká jako tahle,“ usměje se francouzský král František I. (1494–1547) […]
Čím dráždil kancléř Jenštejn českého krále?
Bologna, Padova, Montpellier, Paříž. Na všech těchto ve středověku proslulých univerzitách studuje Jan z Jenštejna, synek z bohaté pražské měšťanské rodiny, která se díky nákupu pozemků vyšvihla mezi šlechtu.   Když se v roce 1373 Jan z Jenštejna (†1400) vrací domů, těší se už pověsti odborníka na kanonické právo a velkého vzdělance. O tři roky později […]
Zajímavosti
Nouvelle cuisine: Revoluce v kuchyni
Těžké omáčky. Dlouhosáhlé přípravy a hodiny nad hrnci. Vše má svůj pořádek, jasnou hierarchii a tradici, ze které se nesmí ustoupit. Zkostnatělost má ale s 60. lety minulého století padnout. Ve Francii se rodí nový směr, bez kterého by dnešní gastronomie vypadala úplně jinak: Nouvelle cuisine!   Amerikou hýbou hippies alias květinové děti, Francií zase Nová […]
Polycefalie: Opravdu víc hlav víc ví?
Dne 13. února 2009 se v texaském Frankstonu narodí dvouhlavé tele. Přežije jen pár dní. I když vzbudí pozdvižení, nejde o tak velkou vzácnost, jak by se mohlo zdát.   Dvouhlavá telata se rodí po celém světě, i když většinou mrtvá. Pokud přežijí, málokdy to zvládnou víc než pár hodin. Rekordmanem je dvouhlavé tele narozené na […]
Car-bomba: Největší jaderný výbuch v dějinách lidstva
Mraky zprůhlední oslňujícím zábleskem. Jako východ neznámého slunce se začíná zářit gigantická oranžová koule. Roste dál a výš, jakoby chtěla rozervat oblohu vedví. Chybět nebude ani nevídaná tlaková vlna, která zničí okna i v sousedních státech…   Píše se rok 1923 a v Sarovském klášteře je všechno naruby. Jedno z nejdůležitějších míst ruské pravoslavné církve kam […]
Samet: Milují ho vládci, čalouníci i módní návrháři
První zmínky o výrobě sametu pocházejí z Číny. Zpočátku se vyrábí z hedvábí, což z něj dělá extrémně drahý materiál, dostupný jen šlechtě a panovníkům. Znalosti se rozšíří do Evropy, v Itálii vzniká cech tkalců sametu už ve 13. století. A dnes? Stále si zachovává punc luxusu, elegance a sofistikovanosti.   Hebký na dotek, lesklý […]
Záhady a napětí
Templářské tajemství na Veveří: Poklad dvanácti apoštolů
Dvanáct stříbrných soch apoštolů v životní velikosti a snad i svatý grál – to vše podle legendy leží pod hradem Veveří. Templáři zde prý po svém pádu ukryli kořist lstí odebranou moravskému knížeti. Ačkoli historici většinou krčí rameny, do podzemí se stále vydávají hledači pokladů s nadějí, že to budou právě oni, kdo učiní objev století.   […]
Legendní režisér Steven Spielberg šokuje: Věří v existenci mimozemšťanů! Má přístup k tajným materiálům?
Uznávaný režisér Steven Spielberg svým novým filmem Den odhalení, který měl nedávno premiéru i v českých kinech, vyvolal poprask. Jeho téma totiž údajně není až tak moc sci-fi, jak si mnozí myslí. Samotný režisér v existenci mimozemšťanů věří a říká, že tu možná byli vždycky!   Každý nový film legendárního režiséra Stevena Spielberga (*1946) poutá […]
Winchester Mystery House: Stavěla slavná dědička past na duchy?
Dveře se otevřou a za nimi není pokoj, ale prázdný prostor. Schodiště stoupá ke stropu a chodba se bez varování zlomí jiným směrem. V kalifornském San José stojí sídlo, které působí, jako by ho někdo stavěl podle plánů, jimž měl rozumět spíš mrtvý než živý. Byl Winchester Mystery House jen výstředním domem bohaté vdovy, nebo […]
Záhadná smrt ruského turisty: Chtěl ho zabít duch?
V květnu 2025 po pádu z devátého patra bytového domu v Thajsku umírá ruský turista. Těsně před smrtí muž prohlašuje, že ho pronásleduje „vražedný duch s vypoulenýma očima“. S tímto tvrzením se dokonce obrátí i na hlídače v budově, nikdo mu ale nedokáže pomoci. Stojí za jeho smrtí skutečně vražedný duch, nebo spíš drogy či […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Bratr umíral ve lži a bez rodiny
skutecnepribehy.cz
Bratr umíral ve lži a bez rodiny
Moje švagrová Kamila se dlouhá léta snažila být tou nejdůležitější osobou v životě mého bratra. Aby tomu tak bylo, klidně nás hodila přes palubu. Když si můj bratr Zdeněk po smrti své ženy našel novou partnerku, měla jsem radost. Samota mu nesvědčila a Kamila na mě zpočátku působila jako žena, která by mu mohla vrátit chuť do
Ludvík XIII. vytáhl proti matce s armádou
historyplus.cz
Ludvík XIII. vytáhl proti matce s armádou
Francii hrozí občanská válka. Lid chce na trůnu vidět svého právoplatného a oblíbeného krále. Pro Ludvíka XIII. je to obrovská vzpruha. Konečně najde odvahu postavit se trojlístku intrikánů, který ho tyranizoval. Ano, odstaví od moci vlastní matku i odporného Conciniho s jeho ženou! Na francouzského krále Jindřicha IV. (*1553) je 14. května 1610 spáchán atentát.
Oslava života po mexicku: The Monkey Bar zve na Día de los Muertos
iluxus.cz
Oslava života po mexicku: The Monkey Bar zve na Día de los Muertos
Podzimní čas vzpomínek na naše blízké, kteří již nejsou mezi námi, nemusí být jen obdobím ticha a melancholie. V Mexiku se totiž vzpomíná jinak – s barvami, hudbou, květinami a radostí ze života. Práv
Výtečný salát s tuňákem a vejci
tisicereceptu.cz
Výtečný salát s tuňákem a vejci
Tuňák chutná v salátu skvěle. Používejte naložený v oleji, který je chutnější. Salát bude vypadat dokonale i s křepelčími vajíčky. Ingredience na 4 porce 150 g rukoly 2 konzervy tuňáka 4 vařen
Soulad podle harmonie zlatého řezu
rezidenceonline.cz
Soulad podle harmonie zlatého řezu
Vznosné křivky rezidence Habitação Áurea v regionu Amarante na severu Pyrenejského poloostrova vytvořily díky dané koncepci prostor s přirozenou rovnováhou, otevřený krajině, světlu i modernímu rodinnému životu. Neutrální barevná paleta a přírodní textury, jež byly použity v dokonalém souladu, přispívají ke klidné a sofistikované atmosféře, zatímco architektonické prvky, jako je prosklená terasa a stropy v
Jak najít vnitřní harmonii?
nejsemsama.cz
Jak najít vnitřní harmonii?
Cítíte neustálé napětí a vyčerpání? Váš vnitřní kompas potřebuje restart. Zjistěte, jaké každodenní rituály dokážou ve vašem životě zázraky a vrátí vám lehkost, o kterou vás běžný shon připravil. Většina z nás žije v neustálém napětí, odpojena od svého těla, které si už ani neuvědomujeme. Správně meditovat je někdy těžší, než si myslíme. Meditace může zpočátku přinášet zvláštní pocity, pokud ale překonáte
Utnul hlasité hádky Roberts tichý rozvod?
nasehvezdy.cz
Utnul hlasité hádky Roberts tichý rozvod?
Už to nešlo dál? Manželství herečky Julie Roberts (58) a kameramana Daniela Modera (57) dlouho působilo poměrně harmonicky. Nyní se ale zahušťuje jedna spekulace o jejich rozchodu za druhou jako čern
Největší vánoční příběhy na zámku Loučeň
epochanacestach.cz
Největší vánoční příběhy na zámku Loučeň
Vánoce jsou nerozlučně spojené se světlem, a to ať už jde o hvězdu svítící nad Betlémem nebo o jiskřičky radosti v očích dětí. Ve znamení světla se ponesou i vánoční prohlídky na zámku Loučeň. A to nejen v zámku. Od 17. listopadu do 17. ledna se na středočeském zámku Loučeň poblíž Nymburka denně koná oblíbená
Veganský jídelníček: Ohrožuje mozek?
panidomu.cz
Veganský jídelníček: Ohrožuje mozek?
Určité živiny se pouze z rostlinných potravin zkrátka doplnit nedají. Pokud se přesto pro veganství vy nebo někdo z vašich blízkých rozhodnete, pak je důležité vědět, jak tento nedostatek nahradit, aby nestrádal mozek. Zájem o veganský styl stravování rok od roku narůstá, což je trend z hlediska zdraví spíše pozitivní. Přednosti: Stravování bez masa, mléčných
Kreveta, která rozsvítí oceán. Když úder klepeta rozpálí vodu téměř jako povrch Slunce
epochaplus.cz
Kreveta, která rozsvítí oceán. Když úder klepeta rozpálí vodu téměř jako povrch Slunce
Pod hladinou se odehrává fyzikální divadlo, za které by se nemusel stydět ani sci-fi film. Někteří drobní korýši dokážou při prudkém úderu vytvořit bublinu, která při svém zhroucení vydá záblesk světla a na okamžik dosáhne extrémních teplot. Žádná kouzla ani podmořské žárovky. Jen voda, rychlost a fyzika, která se utrhla ze řetězu. Korýš, který připomíná
Vědci zpřesnili průběh prvních 5 minut vzniku vesmíru
21stoleti.cz
Vědci zpřesnili průběh prvních 5 minut vzniku vesmíru
Vědci z americké University of Minnesota použili spektrograf MODS nacházející se na observatoři na hoře Mount Graham v Arizoně ke zpřesnění odhadu množství hélia, které vzniklo těsně po velkém třesku.
Skála, ze které nebylo návratu. Zrodila se pověst o Miladě ze skutečné tragédie?
enigmaplus.cz
Skála, ze které nebylo návratu. Zrodila se pověst o Miladě ze skutečné tragédie?
Vysoko nad Lovětínskou roklí ční skalní výběžek, který má podle pověsti na svědomí životy mnoha rytířů. Krásná panna Milada si totiž vybírá nápadníky podle zkoušky, při které se musí na nebezpečné ská
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