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
Rok 2025 se zapsal do historie evropské energetiky jako přelomový pro oblast akumulace energie. Podle nejnovější zprávy bylo v Evropské unii během jediného roku instalováno celkem 27,1 GWh nových bateriových úložišť. Pro srovnání: Loni Temelín vyrobil více než 600krát víc, celkem 17,38 tisíc GWh!   Jde o nejvyšší roční přírůstek, jaký byl na evropském trhu […]
Hudba není jenom zvuk. Je to puls, rytmus a harmonie, které proudí naším mozkem doslova jako životodárný gejzír. Už dávno víme, že mozek při poslechu nebo hraní hudby nepracuje pasivně, ale aktivuje rozsáhlé sítě nervových spojů spojených s pamětí, emocemi, pozorností a učením.   Moderní věda potvrzuje, že hudba stimuluje plasticitu mozku, zvyšuje jeho odolnost […]
Střevní červi mohou tlumit zánět v lidském těle, ale jen pokud mají dostatek vlákniny. Bez ní se jejich organismus přepne do jakéhosi hibernačního režimu a ochranný efekt mizí. Ukazuje to nová studie parazitologů z Biologického centra Akademie věd ČR publikovaná v prestižním časopise Nature Communications.   Střevní parazité byli po většinu evoluční historie běžnou součástí lidského […]
Budoucí český astronaut major Aleš Svoboda, bojový pilot Armády České republiky, zahájil třetí a závěrečnou fázi svého základního astronautského výcviku v Evropském středisku astronautů (ESA) v Kolíně nad Rýnem. Dvouměsíční intenzivní program o rozsahu 187 hodin je zaměřen na praktické dovednosti potřebné pro práci na oběžné dráze a představuje další krok na cestě k účasti […]
reklama
Historie
Soluňská rotunda byla antickým chrámem, kostelem i mešitou
Je asi nejcennější a nejkrásnější římskou památkou ve městě. Současně patří k nejstarším křesťanským kostelům, které se v řecké Soluni dochovaly, a k unikátnosti Galeriovy rotundy přispívá také fakt, že nějakou dobu sloužila jako mešita.   Byla vybudována v Soluni na počátku 4. století. Neobvyklou stavbu na kruhovém půdorysu si objednal římský císař Galerius Valerius […]
Poslední velká bitva v Británii se strhla na vřesovišti
Pravému křídlu Karlovy armády se podařilo narušit britské linie. Vzbouřenci toho ale nedokážou využít, jejich levé křídlo kvůli bažinatému terénu postupuje jen velmi pomalu. Britové přisunou na ohrožený úsek bojiště posily a vrhnou se do rozhodujícího protiútoku…   Vrátit Stuartovce na britský trůn chtěli už v roce 1715, jejich povstání ale skončilo neúspěchem. Znovu to […]
Zachránil lékař bez diplomu tisíce dětí?
Od roku 1903 hostí newyorský Coney Island lunapark, který však spíš než klasický zábavní park připomíná přehlídku zázraků. K vidění je tu celá řada kuriozit – obřím modelem Vernovy ponorky počínaje a vesničkou plnou „pravých“ živoucích trpaslíků konče. Dokonce jsou tu i první inkubátory. I s předčasně narozenými dětmi!   Novorozenci, umístění ve zdejším zařízení, jsou tak […]
Hugo František ze Salmu se nebál průmyslové špionáže
Cestující, zesláblý kvůli nemoci, se nemůže ani pohnout a anglický celník od jeho prohlídky shovívavě upustí. Netuší, že pod rukávy a nohavicemi má mazaný pasažér omotané technické výkresy, podléhající přísnému utajení.   Ve vídeňské knížecí rodině císařského komořího Karla Josefa ze Salm-Reifferscheidtu (1750–1838) mají smíšené pocity. Na apríla, 1. dubna 1776, sice kněžna Marie Františka z Auerspergu […]
Zajímavosti
Oblíbené tapas: Může za ně otravný hmyz?
Charakteristikou pochutinou španělské kuchyně jsou tapas. Jejich kouzlem není jen fakt, že jde o malé kousky jídla, ale i celý způsob stravování, ke kterému se váže řada zvyklostí. Kdo vyrazí odpočinout si na teplý jih, a chce si kromě sluníčka užít i kulinářský zážitek, nesmí tapas vynechat.   Někdy jde o malé chlebíčky, jindy o […]
Záhada andělů v bitvě u Monsu: Zázrak, nebo propaganda?
Zbraně utichnou, do tváří vojáků se vkrade úžas. Záře zalije bitevní pole a z nebes se snese sbor andělů. Němcům dá jasně najevo, která strana má právo na boží ochranu!   Světem zmítá první z globálních konfliktů a Britský expediční sbor v něm má být právě pokřtěn ve velkém. Nejde o žádné nováčky. Jsou to skvěle vycvičení chlapi. […]
Mléčná dráha: Proč je kanibalskou galaxií?
Slunce se svými planetami si nelétá vesmírem jen tak. Je součástí dalšího obřího kolosu, galaxie Mléčné dráhy! Co o ní vůbec víme? Je stejná jako každá jiná? A jaký ji čeká osud?   Bohyně Héra prudce odstrčí malého Hérakla od prsu a trocha mléka ukápne. Ne na zem, ale na oblohu! I díky tomuto mýtu […]
Smrtící Ebola: Umírá každý druhý nakažený
Deštný prales v nitru rovníkové Afriky patří jen zvířatům a několika málo domorodým kmenům. V této odlehlé části světa žijí lidé v izolovaných vesnicích, nikoho nezajímají, a kdyby se zde neobjevil nejnebezpečnější smrtící vir v moderních dějinách, nejspíš bychom o vesnici Yambuku a řece Ebola dodnes nevěděli.   V roce 1976 ředitel místní školy Mabalo Lokela vyrazí na misijní […]
Záhady a napětí
Ukrývá se pod klášterem v Plasích poklad z dávných časů?
Když císař Josef II. rozhodl o zrušení plaského kláštera, měl poslední opat Celestin Werner údajně schovat klášterní poklad do podzemí. Devět sudů naplněných zlatem a stříbrem čeká prý dodnes na svého nálezce. Pokud je pravda, že se tam skutečně něco skrývá, proč nikdo za více než dvě stě let poklad nenašel?   Klášter Plasy patřil […]
Světelné koule u města Marfa: Stále nemají jasné vysvětlení!
Je to optický jev, které nedává spát badatelům z celého světa. Řeč je o záhadných světlech v blízkosti města Marfa v americkém státě Texas. Údajně mohou být žlutooranžová, zaznamenat prý ale lze i jiné odstíny.  Co jsou zač?   Děje se nám to přímo před očima, ale nikdo neví proč. Záhadami opředená světla u města Marfa jsou nejčastěji […]
Kámen čarodějnice z anglického Essexu: Chrání obyvatele před černou magií?
V anglickém Essexu stojí záhadný kámen, který podle místních chrání vesnici před návratem zlého ducha. Legenda praví, že pod ním leží čarodějnice popravená před čtyřmi stoletími. Když Američané za druhé světové války kámen odstranili, místní trvali na tom, aby byl kámen okamžitě vrácen. Šlo o skutečné prokletí?   Na křižovatce u vesnice Great Leighs v […]
Magický útok na keňskou guvernérku: Šlo o pokus ovlivnit volby?
Poblíž domu, který obývá guvernérka keňského regionu Machakos Wavinya Ndeti, byla přistižena čtveřice podezřelých osob vybavených nejrůznějšími okultními pomůckami. Podle policie tu zřejmě plánovali provést magický rituál mířený proti političce. Proč?   Politické strany i jednotliví kandidáti po celém světě využívají nejrůznějších metod k dosažení úspěchu ve volbách, a ne vždy se přitom pohybují v […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Malý princ se vrací v kouzelném vydání. A jeden z vás ho může získat zdarma!
21stoleti.cz
Malý princ se vrací v kouzelném vydání. A jeden z vás ho může získat zdarma!
Klasika, která už osmdesát let dojímá děti i dospělé po celém světě, přichází nyní v naprosto výjimečné podobě. Čtenář, který nám napíše jako 21. v pořadí, získá nádherně vytištěnou knihu Malý princ –
Jahodový džem s mátou
tisicereceptu.cz
Jahodový džem s mátou
Suroviny 1 kg jahod 600 g krystalového cukru 1 balení ovocného pektinu (20 g) snítky čerstvé máty trochu kyseliny citronové Domácí marmeláda vám bude chutnat mnohem víc, než ta z obchodu. P
Povyráží se Matáskova žena raději s jinými?
nasehvezdy.cz
Povyráží se Matáskova žena raději s jinými?
Hroutí se snad Davidu Matáskovi (63) i čtvrté manželství? Herec ze seriálu Bratři a sestry utekl už od tří manželek a vždy propadl kráse jiné ženy. Jen aby s tou čtvtou, současnou, s o pětadvacet le
7 věcí, kterým daly jména antické postavy
epochaplus.cz
7 věcí, kterým daly jména antické postavy
Řecké i římské mýty jsou plné zajímavých postav. A ty se schovaly do slov, která v mnoha jazycích používáme dodnes. O některých dobře víme, jiné se tu dobře skryly… AFRODIZIAKUM postava: bohyně lásky Afrodita Nedaleko ostrova Kypr hodí Titán Kronos do moře genitálie svého otce Úrana. Vytvoří se kolem nich bílá pěna (řecky aphros) a
Hublot posouvá standardy záruky programem 5+5 let
iluxus.cz
Hublot posouvá standardy záruky programem 5+5 let
V rámci prestižní události Watches and Wonders 2026 představuje Hublot novou kolekci hodinek, která potvrzuje jeho dlouhodobý závazek k odvážnému designu, technické preciznosti a inovacím. Do popředí
Smolný ostrov Charles Island: Byl proklet hned třikrát!
enigmaplus.cz
Smolný ostrov Charles Island: Byl proklet hned třikrát!
Malý ostrov v průlivu Long Island je prý jedním z nejprokletějších míst na Zemi. V průběhu historie na něj dosednou hned tři různé kletby. Jejich vinou prý na ostrově žádná stavba nevydrží stát dlouho
Admirál „dřevěná noha“ bránil kolonie
historyplus.cz
Admirál „dřevěná noha“ bránil kolonie
V bitvě u Malagy jej v roce 1704 trefí dělová koule do levé nohy, následuje amputace pod kolenem a povýšení za statečnost na nadporučíka. O tři roky později, v bitvě o námořní základnu Toulon, ztrácí levé oko. Během bojů o Barcelonu v letech 1713–1714 ho kulka zase trefí do pravého předloktí a ruka zůstane chromá. Tak začíná kariéra
Nové Dokumentační centrum v Norimberku otevře začátkem léta
epochanacestach.cz
Nové Dokumentační centrum v Norimberku otevře začátkem léta
Německo upevňuje svou pozici jedné z nejvyhledávanějších evropských turistických destinací. Nejnovější kulturní projekty, otevření inovativních muzeí a velkolepé rekonstrukce historických památek přitahují návštěvníky z celého světa. V nadcházejících měsících se zde propojí kultura, historie i moderní zážitky do jedinečné nabídky turistických míst – přinášíme jejich výběr. Po přibližně pětileté přestavbě se koncem května nebo začátkem
Křupavý bochníček z žitné mouky
nejsemsama.cz
Křupavý bochníček z žitné mouky
Zkušené pekařky si mohou vyrobit i vlastní kvásek, ale pro nás začínající je droždí zcela postačující. Ingredience: ● 3 hrnky hladké mouky ● 3 hrnky žitné mouky ● 1 balíček sušeného droždí ● 3 lžičky soli ● 2 lžičky drceného kmínu ● 3 hrnky vlažné vody ● 2 lžíce oleje Postup: Z droždí, špetky cukru a trošky vlažné vody připravíte kvásek. Všechny další suroviny smícháte,
Tvářil se jako kamarád
skutecnepribehy.cz
Tvářil se jako kamarád
Netoužila jsem po muži, ovšem kamarád mi nevadil. Dnes se bojím věřit komukoli. Zbyněk byl muž, který se do naší čtvrti přistěhoval. Byli jsme tam starousedlíci, znali jsme se, takže jsme mezi sebe jen tak někoho nepustili. Ale Zbyněk byl šarmantní vdovec, všechny si nás získal. Bavil všechny, byl pozorný, ovšem vycítil, že všichni mají
Plevel ovládl váš trávník? Možná děláte tuhle zásadní chybu
rezidenceonline.cz
Plevel ovládl váš trávník? Možná děláte tuhle zásadní chybu
Pokud váš trávník po zimě připomíná spíš flekatý koberec než lákavý zelený porost, není to náhoda. Jaro vždy nemilosrdně odhalí místa, kde plevel využil náskok, který získal ještě před začátkem sezóny. Dobrou zprávou je, že právě teď máte šanci změnit pravidla hry. Když půda volá o pomoc Důvod, proč se plevele na jaře chovají životaschopněji
Ortorexie ničí zdraví
panidomu.cz
Ortorexie ničí zdraví
Také se leknete po přečtení přebalu na sáčku s vaší oblíbenou pochutinou? Vyděsí vás obsah éček a různých konzervantů, nebo spíš přimhouříte oko a složení potraviny hodíte za hlavu?   Podobně postupuje asi většina konzumentů: Chceme sice jíst zdravě, ale v běžném každodenním shonu na to nebývá čas. Jinak však uvažuje už poměrně početná skupina zaměřená
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