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
Volvo Trucks otevírá další kapitolu v proměně nákladní dopravy. Švédský výrobce oznámil obří investici do nových pohonných technologií, které mají urychlit dekarbonizaci dopravy a zároveň zachovat flexibilitu pro různé trhy po celém světě. Vedle nové generace elektrických kamionů s dojezdem až 700 kilometrů přichází také zcela nová platforma spalovacích motorů připravená na obnovitelná paliva i […]
V temných hlubinách oceánu, kam nikdy nepronikne sluneční světlo, našli vědci něco mimořádného. Na dně jihovýchodního Indického oceánu se rozprostírá obrovské „velrybí pohřebiště“ – místo, kde se po miliony let hromadily kostry velryb. A přestože jde na první pohled o říši smrti, ve skutečnosti zde bují překvapivě bohatý život. Mezinárodní tým vědců objevil tuto podmořskou […]
Výlet do australské přírody může na věci neznalého turistu působit jako idyla: Žádné velké šelmy, možná jen pozor na hady. Jenže také na jedovaté pavouky a štíry a co už tuší málokdo, i na nenápadný keř se srdčitými listy. Stačí letmý dotyk a ozve se pronikavá bolest, která přetrvává i týdny.   Nenápadný tento keř […]
Odpověď na otázku v titulku není jednoznačná. Výbuch atomové bomby v Hirošimě i pozdější jaderné katastrofy způsobené člověkem sice ukázaly, že silné dávky ionizace zabíjejí a že slabší a dlouhodobé záření poškozuje DNA. Přesto není stále zcela jasné, nakolik se mutace vzniklé ozářením přenášejí na potomstvo.   Před pěti lety, těsně před 35. výročím výbuchu Černobylské jaderné […]
reklama
Historie
Odepřela Akademie kardinálovi poslušnost?
Není příliš rozumné zkoušet před kardinálem Richelieuem něco utajit. První ministr se dříve či později dozví o všem a s potenciálními spiklenci umí rázně zatočit.   Od roku 1629 se setkávají v pařížském domě spisovatele Valentina Conrarta (1603–1675). Diskutují o literárních dílech. Nikomu se tím ale příliš nechlubí. Někdo by jejich spolek klidně mohl považovat za nelegální. […]
Zvrhla se lidová zábava v masakr?
Lidé se tlačí u amsterdamského kanálu. Mladý muž se z plující loďky snaží sundat živého úhoře zavěšeného nad hladinou na laně. Zavrávorá a padá do vody. Diváci křičí a smějí se.   Nevinná pouliční zábava, dalo by se říct. V nizozemských městech má svou tradici, hlavně v lidových čtvrtích. Aspoň na chvilku se při ní můžou […]
Vznikl symbol sjednocení Itálie na jatkách?
„Jedna z nejpřekvapivějších vojenských akcí našeho století.“ Přesně tak hodnotí americký list The New-York Tribune v roce 1860 dobytí sicilského Palerma. Na jeho počátku přitom stála zhruba tisícovka Červených košil, které vedl do boje slavný italský revolucionář Giuseppe Garibaldi.   Pro své skálopevné přesvědčení o nutnosti sjednotit Itálii se nejednou ocitl v hledáčku úřadů i […]
Zmoudřel La Fontaine až před smrtí?
Ctihodní členové Akademie se shodují na přijetí jednoho z nejznámějších spisovatelů do svých řad. Čeká se jen na potvrzení volby králem. „Cože? La Fontaine? Toho nikdy neschválím!“ prská panovník.   Dlouho se Jean de La Fontaine, narozený 8. července 1621, nemůže rozhodnout, co v životě vlastně bude dělat. Převezme práci lesního dozorce po svém otci, ale víc […]
Zajímavosti
Když děti rodí děti: Nejmladší matce bylo 5 let
„Proč má naše dcera tak velké břicho?“ říkají si manželé z peruánské vesničky Ticrapo a raději vezmou malou Linu do nemocnice. Nemá ale v břiše nádor, jak se obávali, ale sedmiměsíční plod!   Ve věku 5 let, 7 měsíců a 21 dnů porodí Lina Medina (*1933) císařským řezem syna. Je 14. května 1939 a malá Peruánka […]
Stěračová válka: Jedno mrknutí – a všechno je jinak
„Jak to myslí, že nemají zájem? Vždyť byli nadšení!“ Robert Kearns je na dně. Automobilka právě odmítla jeho inovaci stěračů. Jenže již roku 1969 vyjíždějí z fabriky první modely s Kearnsovým zlepšovákem. Začíná spor, kterému génius obětuje vše – čas, rodinu i sám sebe.   Američan Robert William Kearns (1927–2005), který během vlastní svatby přijde […]
Cibetková káva: Lahůdka z exkrementů vznikla z nouze
Oviječ skvrnitý, středně velká cibetkovitá šelma žijící v jihovýchodní Asii, si ráda pochutnává na zralých plodech kávovníků. Tyto červené bobule v sobě ukrývají dvě semena – kávová zrna, která se v žaludku cibetek částečně natráví.   Když se zvíře vyprázdní, zrna se sesbírají z trusu, pečlivě očistí, usuší, upraží a pak se z nich připraví […]
Obyčejně neobyčejný jod: Vzácný a nepostradatelný
Vesnicí se šourá několik dětí. Na svůj věk jsou maličké, některé mají pod krkem nepěkné vole. Do školy se je rodiče ani nepokusí poslat. Jsou zaostalé, některé navíc neslyší ani nemluví. A to všechno kvůli z dnešního pohledu úplné maličkosti: nedostatku jodu.   Vědci předpokládají, že ve vesmíru připadá na jeden atom jodu 70 miliard atomů […]
Záhady a napětí
Dávná sekta Therapeutů: Ovlivnila základy křesťanství?
Na břehu egyptského jezera Mareotis nedaleko Alexandrie žije na přelomu letopočtu uzavřená komunita mužů a žen. Každý obývá vlastní celu, kde se věnuje modlitbě, meditaci a studiu textů, a někdy dlouhé dny nic nepozře. Pro skupinu se ujme název Therapeuté, a přestože zřejmě hluboce ovlivní křesťanství, vůbec nic o nich nevíme…   Jediným svědkem existence […]
Před 70 lety americká města pokryla záhadná mlha. Byl to tajný vojenský experiment!
Desítky měst v USA a Kanadě opakovaně zahaluje hustá, chemikáliemi páchnoucí mlha…Na kůži tomu, kde se do ní vydá, ulpívá zvláštní substance neznámého původu, stejná látka pokrývá také silnice, auta či střechy domů a lidé hlásí různé zdravotní potíže včetně pozdější rakoviny. O 70 let později pravda o původu této mlhy vychází najevo. Víme ale […]
Přízraky hradu Dobré naděje děsí noční strážce
V historické pevnosti v Kapském městě bylo za posledních více než sto let pozorováno hned několik záhadných přízraků. Setkání s nimi jsou tak častá a děsivá, že se noční hlídači některým místům komplexu při obhlídkách po setmění raději vyhýbají. Komu duchové patří a jak se jejich přítomnost projevuje?   Mys Dobré naděje je jedním z […]
Léčebná metoda Su Jok: Skutečný průlom, nebo jen dobře fungující placebo?
Na první pohled obyčejná ruka, podle zastánců metody Su Jok však skrývá přesnou mapu celého lidského těla. Stimulace konkrétních bodů na dlaních a chodidlech má údajně ovlivňovat jednotlivé orgány i zmírňovat bolest bez použití léků. Zůstává ale otázkou, zda jde o skutečný léčebný princip, nebo efekt, který zatím neumíme spolehlivě vysvětlit.   Bolest se někdy […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Španělská paella s kuřetem
nejsemsama.cz
Španělská paella s kuřetem
Tradiční pokrm, který vás přenese na slunné pobřeží Španělska. Ingredience pro 4 osoby: 300 g rýže 500 g kuřecího masa 1 klobása 1 paprika 2 rajčata 1 cibule 2 stroužky česneku špetka šafránu 700 ml vývaru 100 g hrášku 3 lžíce olivového oleje Postup: Na širší pánvi nebo paellové pánvi rozehřejte olej a opečte kuřecí maso dozlatova, aby získalo chuťový základ. Vyjměte
Zapomeňte na plavky! Jak vznikla nudapláž?
epochaplus.cz
Zapomeňte na plavky! Jak vznikla nudapláž?
Chodit venku nahý je přestupek a někdy až trestný čin. Pokud tedy zrovna nejdete přes nudapláž! Kde se vzala tato útočiště u vody, v nichž platí zcela jiná pravidla než ve zbytku světa? V 19. století, s nástupem průmyslové revoluce, se mění i životní styl lidí. Třeba dovolenou tráví ti bohatší nejraději na pláži. Všichni
První islámský reformátor skončil rozsekaný na kousky
historyplus.cz
První islámský reformátor skončil rozsekaný na kousky
Švih ostřím zahnuté čepele ukončí život imáma Husajna, prvního kritika tyranských vládců, kteří se po smrti proroka Mohameda ujali vlády nad dobytým územím. Co na tom, že je přímým vnukem islámského proroka! Jeho mrtvé tělo nepřátelé navíc ještě nechají rozdupat stádem koní. Podobně skončí i 72 jeho nejbližších přátel a členů rodiny…   Proroku islámu
Mikroskopičtí predátoři v mozku si vodí oběť jako loutku
21stoleti.cz
Mikroskopičtí predátoři v mozku si vodí oběť jako loutku
Připomíná to námět apokalyptického seriálu The Last of Us. A skoro mrazí při představě, že podobné horory probíhají v přírodě běžně – s tím rozdílem, že nejde pouze o infekce parazitickou houbou a že
Velikonoční mazanec
tisicereceptu.cz
Velikonoční mazanec
Snídaně bez mazance? To by snad ani nebyly Velikonoce! Suroviny 300 g hladké mouky 1 lžička jedlé sody (nebo prášku do pečiva) kůra z jednoho citronu a z jednoho pomeranče šťáva z 1 citronu
Nejkrásnější louka Evropy říká autům dost
epochanacestach.cz
Nejkrásnější louka Evropy říká autům dost
Na první pohled to může působit paradoxně. Jedna z nejfotografovanějších krajin Dolomit se rozhodla, že návštěvníků nechce více, ale méně. Alpe di Siusi, největší vysokohorská louka v Evropě, zavádí od léta 2026 nová pravidla příjezdu, která mají jediný cíl – zachovat místo, kvůli němuž sem lidé přijíždějí. Nejde o boj proti turistům. Jde o ochranu
Zaklínadla staroegyptské Knihy mrtvých: Poskytují magickou ochranu na onom světě?
enigmaplus.cz
Zaklínadla staroegyptské Knihy mrtvých: Poskytují magickou ochranu na onom světě?
Ve starověkém Egyptě byla Kniha mrtvých nedílnou součástí pohřebních rituálů a odrážela tehdejší představy o posmrtném životě. kouzla z této knihy sloužila výhradně zesnulým. K čemu mohli mrtví potřeb
Tipy pro krásné rty
panidomu.cz
Tipy pro krásné rty
Pokožka rtů patří k nejjemnějším vůbec, proto je pro její zdraví a pěkný vzhled nutná odpovídající péče.   Bez péče to nejde Rty se neliší jen barvou, ale také mnohem tenčí povrchovou vrstvou než ostatní pleť a pokožka. Nezvláčňují je žádné mazové žlázy, proto jsou rty mnohem choulostivější a náchylné k vysychání a praskání. Balzám na
Fenomén sdílených kanceláří
rezidenceonline.cz
Fenomén sdílených kanceláří
Takzvané coworkingové prostory jsou logickou reakcí na zjištění, že ne každá firma potřebuje rozlehlé prostory a vlastní stůl pro každého zaměstnance. Kompromis mezi home office a běžným kancelářským uspořádáním přináší kromě úspor nákladů i výhody ve formě sdílení moderního vybavení.   Řešení umožňuje i společná tvůrčí setkávání, cooworking poskytuje profi zázemí rovněž pro schůzky a
Unikátní vůz pro digitální nadvládu hráčů po celém světě ve hře Call of Duty
iluxus.cz
Unikátní vůz pro digitální nadvládu hráčů po celém světě ve hře Call of Duty
Společnost Aston Martin dnes představuje model Dreadnought, čistě digitální vozidlo vojenské specifikace navržené exkluzivně pro novou hru Call of Duty: Modern Warfare 4. Toto nekompromisní a záměr
Zesnulý manžel se každou noc vrací
skutecnepribehy.cz
Zesnulý manžel se každou noc vrací
Smrt manžela jsem nesla těžce. Ještě hůř na tom byl vnuk Kuba, který dědu miloval. Při poslední návštěvě se ale choval zvláštně. Nikdy by mě nenapadlo, že manžel Pavel zemře dřív než já. Neměl jediný zdravotní problém, přesto si ho někdo přál už tam nahoře. Miloval mě i naši dceru Lenku. Byl to ale typický pedant
Nový přítel tak záhy po rozchodu Batulkové?
nasehvezdy.cz
Nový přítel tak záhy po rozchodu Batulkové?
Herečka známá ze seriálu Bratři a sestry Dana Batulková (68) se nezdá! Působí jako velmi skromná a pokorná žena, která by mouše neublížila, v reálu by ale mohla konkurovat největším rebelům. Alespoň
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