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
Český svaz ochránců přírody (ČSOP), jeden z největších a nejstarších ochranářských spolků u nás, věnuje každý rok vždy nějaké zajímavé skupině rostlin či živočichů. Na dané téma připraví putovní výstavu, přednášky, vycházky, semináře či soutěže. Pro rok 2026 vybral hořce a hořečky.   Hořce patří k oblíbeným a všeobecně známým rostlinám. Zatímco v horách se s nimi lze setkat ještě […]
Brno, 3. prosince 2025 – V zimním období jsou české silnice pod velkou zátěží. Měnící se počasí, mráz, sněžení a tvorba ledovky testují připravenost silničářů i systému zimní údržby. V posledních letech do tohoto procesu stále výrazněji vstupují digitální nástroje – senzory, prediktivní modely i rozsáhlé datové platformy. Významnou roli v nich hraje také ekosystém CleveRA […]
Australská těžařská společnost představila koncept elektrické lokomotivy, která nepotřebuje diesel ani externí nabíjení. Její baterie se dobíjejí sama díky gravitaci a rekuperaci a může to znamenat revoluci v bezemisní železniční dopravě. Společnost Fortescue, jeden z největších světových hráčů v těžbě železné rudy, nedávno odkryla první prototyp své elektrické lokomotivy s názvem Infinity Train. Tento „nekonečný […]
Dálnice D4 směrem na Písek sbírá jedno nej za druhým…Je to nejen nejdelší otevřený úsek v historii České republiky vybudovaný formou PPP, tedy ve spolupráci veřejného a soukromého sektoru, ale také první dálniční stavba u nás, která má kompletní BIM model – a navíc plně „oživený“. Díky platformě ViiDA od společnosti VARS BRNO vzniklo vůbec […]
reklama
Historie
Bojovaly s nemocemi Drimlovy loutky?
Když na počátku 20. let minulého století přijímá čs. ministerstvo zdravotnictví nového referenta, nemůže mít šťastnější ruku.   Vystudovaný lékař a rodák z východočeské Chocně Karel Driml (1891–1929) od své promoce v roce 1914 působil pět let jako asistent bakteriologického oddělení Hlavova patologicko-anatomického ústavu, ale to nejsou jediné zkušenosti, které může nabídnout. „Studoval organizaci veřejného zdravotnictví […]
Frederika VII. zajímaly obří postele
Když Královská společnost nordických starožitností, sídlící v Kodani, jmenuje roku 1834 svým členem dánského prince Frederika, jde v podstatě o pouhé gesto. Mladého následníka trůnu však historické bádání doopravdy nadchne!   Hltá jednu dějepisnou knihu za druhou, sbírá cenné artefakty, pečlivě je zakresluje a archivuje. Nejčastěji vyráží na vyjížďky kolem loveckého zámku Jægerspris na severu ostrova Sjælland, […]
Kterému králi říkali Sedlák Jirka?
Jisté formy podivínství jsou u britských panovníků součástí rodového dědictví. Nepěknou pověst si mezi historiky vyslouží hlavně Jiří III.   „Jako většina Hannoveřanů nebyl Jiří III. nijak chytrý, ale byl od přírody zvědavý a rád se do všeho pletl,“ píše o něm současný britský spisovatel Karl Shaw. „Proto se stal patronem věd a umění, ačkoliv […]
Drtil šachový velmistr Aljechin soupeře jako kuřátka?
Šlechtická rodina ruského velkostatkáře bezesporu dokáže svým potomkům zajistit život v blahobytu, ale malý Alexandr Aljechin si přesto o šťastném dětství může nechat jen zdát.   Matku přivede příliš brzy do hrobu její láska k alkoholu, pro otce zase není problém prohrát milion rublů v kasinu. V sedmi letech mladý Aljechin nachází v šachu únik od všech problémů. Hře […]
Zajímavosti
K čemu je dobré žvýkat žvýkačku?
Jak rychle osvěžit dech? Většina lidí sáhne po žvýkačce. A zafunguje to během okamžiku! Možná si ani nestihnete všimnout, že tato nevšední cukrovinka umí kouzel mnohem víc…   Proč má ten kus pryskyřice na sobě otisky zubů? Podobným nálezům už se archeologové dávno nediví – je to žvýkačka! Tu vůbec nejprastarší, objevenou v lokalitě Huseby […]
Jednoocí kyklopové: Co je na nich pravdy?
Nejznámější příběh o kyklopech nám zanechá asi v 8. století př. n. l. básník Homér ve své Odysseye. Kde tito tvorové žili? Podle Homéra poblíž bájné Hypérie, u které dodnes není jasné, zda je odrazem skutečného území, nebo mytickou zemí v duchu Atlantidy.   Starověcí Římané by vám ale řekli, že kyklopové dříve žili na Sicílii […]
Zázračná podkova: Proč se stala symbolem štěstí?
Už od starověku je koně je dostávají proto, aby si neopotřebovali kopyta. Stejně nezbytné jsou však podkovy i pro nás – nosí štěstí! Proč se zrovna tato obyčejná věc spojuje s příznivým osudem? Důvodů je překvapivě mnoho!   Stane se to prý v roce 969, v kovářské dílně všestranného anglického mnicha (a později světce) Dunstana […]
Největší ledovec světa je vysoký jako dva Žižkovské vysílače!
Sledovat žebříček největších ledovců světa je pořádná fuška, protože stačí teplejší počasí a pořadí se rychle promění. Aktuálně patří první příčka ledovému cvaldovi s označením A23a.   Zamrzlá Antarktida láká výzkumníky odnepaměti. Oblast šelfového ledovce, jež má přídomek Filchnerův-Ronneové, obhlíží kolem roku 1975 vědci ze Sovětského svazu a v regionu zřídí stanici s názvem Družnaja. Její […]
Záhady a napětí
Záhadný Pauliho efekt: Když technika podivně selhává!
Každý den se na světě dějí věci, nad kterými zůstává rozum stát. Typickým příkladem je tzv. Pauliho efekt. Z jakého důvodu dochází v přítomnosti některých lidí k závažným poruchám technických zařízení? A proč je tímto záhadným jevem proslulý právě fyzik Wolfgang Pauli?   Stalo se to někdy asi každému. Člověk přijde do místnosti, nechce na sebe příliš upozorňovat, […]
Je staroměstský orloj plný okultních symbolů?
Už šest století nad Staroměstským náměstím v Praze odměřuje čas neskutečně dokonalý stroj zvaný orloj. Každou hodinu se před ním tísní davy turistů, aby spatřily kokrhajícího kohouta, průvod apoštolů či smrtku se zvonečkem. Kolik z nich ale tuší, že možná hledí do ďáblova oka? A že každý symbol i každá soška mají svůj tajný význam? […]
Tajemné těleso ve sluneční soustavě: Kde se vzala kometa Atlas?
V uplynulých měsících to bylo jedno z největších témat ve světě astronomie a ostatně i ve světě vesmírných záhad. Kolem naší planety totiž proletělo tajuplné těleso z hlubokého vesmíru. 3I/ATLAS je teprve třetím potvrzeným mezihvězdným objektem v blízkosti Země. Už to samo o sobě vyvolává spekulace. Jde jen o kometu? Nebo by tento návštěvník mohl být umělého původu?   […]
Největší tajemství Johna Lennona: Pronásledoval ho poltergeist?
Stál u zrodu legendární kapely Beatles, byl symbolem hudební revoluce šedesátých let, ikonou popkultury i výrazným mírovým aktivistou. Jenže John Lennon (1940–1980) nebyl jenom autorem slavných písní a provokativních politických gest. Podle vzpomínek jeho blízkých i řady článků byl několikrát svědkem událostí, které se vymykají racionálnímu vysvětlení. Skutečně měl co do činění s poltergeistem?   Samovolně […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Ludačka alias červenka: Thórův posel prý zpíval Ježíšovi
epochaplus.cz
Ludačka alias červenka: Thórův posel prý zpíval Ježíšovi
Ve staročeštině se jí říkávalo ludačka či udačka, dnes ji ale známe jako červenku. Velká je jako vrabec a její rozpětí křídel činí až 22 cm. Poznáme ji podle velké rezavočervené náprsenky na tváři a hrudi. U nás platí za tažného ptáka, ale ani to není pravidlo. Když nám sem dolétnou červenky ze severu, naopak
Věrnost podle DNA: Lidé nejsou výjimka
21stoleti.cz
Věrnost podle DNA: Lidé nejsou výjimka
Nová mezinárodní studie ukazuje, že skutečná monogamie je v živočišné říši vzácná a navíc je často zaměňovaná s pouhou sociální vazbou. Výzkum rozlišuje mezi párovým soužitím a genetickou monogamií a
Módní trendy, které šokují výstředností
nejsemsama.cz
Módní trendy, které šokují výstředností
Dokonale čistě bílý hollywoodský úsměv? Elegance? Být za dámu? To teď nefrčí. Do kurzu přišly nedokonalé zuby, ledabylé oblečení nebo třeba nošení silonek bez sukně. Vězte, že právě tím oslňují světové hvězdy. Módní mola i červené koberce teď víc než oslnivá krása zaplavují bizarní modely, které si jen těžko představit v běžném životě. Místo snahy o dokonalost jako by platilo
Jídelníček pro silné vlasy a nehty
panidomu.cz
Jídelníček pro silné vlasy a nehty
Vlasy a nehty potřebují pro svůj růst kvalitní živiny. Které to jsou?   Železo: Aby vlasy nepadaly Asi je vám jasné, kde ho hledat – v červeném mase, játrech, žloutcích, naťové petrželce. Díky železu jsou navíc nehty silnější. Vitamin A: Aby se vlasy a nehty nelámaly „Hotový“ vitamin A je přítomný v játrech. Beta-karoten, což je
Hvězda starší než vesmír: Odkud pochází?
enigmaplus.cz
Hvězda starší než vesmír: Odkud pochází?
Zhruba 190 světelných let od Země se nachází nejzáhadnější hvězda v celém vesmíru. Její oficiální název zní HD 140283, dnes už jí ale nikdo neřekne jinak než Metuzalémská hvězda. Podle některých fyzik
Vídeňská káva s čokoládou
tisicereceptu.cz
Vídeňská káva s čokoládou
Klasika, kvůli které nemusíte cestovat až do Vídně. Suroviny dvojité espresso 30 ml horké vody 30 ml smetany ke šlehání 2 lžičky cukru 3 čtverečky čokolády špetka skořice Postup Nachy
K Františkovi míří zejména ženy
epochanacestach.cz
K Františkovi míří zejména ženy
Ze západočeského trojlístku jsou Františkovy Lázně ty nejmenší a pro mnohé možná právě proto nejkrásnější. Proč byste tam měla vyrazit i vy? Jestli dnes něco ženám chybí, je to klid. A právě toho tu nabízejí dost. Ve Františkových Lázních se dá zapomenout na všechny strasti. Žlutobílé empírové domy, široké parky a kolonády nabízejí odpočinek od toho všeho. Nahý kluk
Nečekaný podzim života
skutecnepribehy.cz
Nečekaný podzim života
Nikdy by mě nenapadlo, že se mi něco takového stane. V mém věku už jsem si myslela, že život s láskou mám přečtený od první do poslední stránky. Jak se ukázalo, některé kapitoly čekají, až k nim jednou skutečně dozrajeme. A ta moje přišla v okamžiku, kdy jsem to čekala nejméně. Bylo mi čerstvě 65 let, když jsem se přestěhovala do malého města
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
Jediná sovětská četa doháněla Němce k zoufalství
historyplus.cz
Jediná sovětská četa doháněla Němce k zoufalství
Burácivý hlomoz může znamenat jedinou věc – blíží se další vlna německého útoku. „Na místa!“ křikne seržant Pavlov a jeho muži jsou v tu ránu připraveni na bojových pozicích. Pálit začnou ihned, jakmile spatří první šedou přilbu vykukující zpoza rohu. V domě rozstříleném jako řešeto, který navzdory neustálým útokům drží sovětská četa celé dva měsíce,
Místo dramat přišlo u Evy a Reného Decastelových dojemné přiznání
nasehvezdy.cz
Místo dramat přišlo u Evy a Reného Decastelových dojemné přiznání
Oblíbená moderátorka a herečka Eva Decastelo (47) znovu budí pozornost a i tentokrát s velmi citlivým tématem. Po rozchodu se známým fotografem Tomášem Třeštíkem (47) se zdálo, že moderátorka uzavírá
Myš pro milovníky RGB
iluxus.cz
Myš pro milovníky RGB
Kvalitní myš je základ jak pro práci, tak pro hraní. Tomu plně vychází vstříc novinka v podání MARVO FIT LITE. Oproti většině ovšem přidává naprosto pokročilé funkce RBG, které běžně nejsou dostupné.
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