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
Malé elektromobily už dávno nejsou jen městskými přibližovadly. Nový Peugeot E-208 je toho důkazem. Francouzský hatchback si zachoval svůj atraktivní design, přidal delší dojezd a modernější technologie, ale hlavně ukazuje, že i kompaktní elektromobil může být autem, se kterým bez obav vyrazíte za hranice města.   Vypadá jako koncept. Přitom jezdí po silnici Peugeot se […]
Její život je krátký. V létě trvá pouhých šest až osm týdnů. Za tu dobu navštíví desetitisíce květů, nalétá stovky kilometrů a vyrobí přibližně devět gramů medu – zhruba jednu čajovou lžičku. Sama o sobě se může zdát bezvýznamná. Teprve když se spojí s dalšími desítkami tisíc příslušnic svého včelstva, vznikne jeden z nejdokonalejších organismů […]
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 predátor dokáže ovládat jen vývojově nesrovnatelně jednodušší živočichy, než je člověk.   Najít skutečné zombie není nic nemožného ani v naší přírodě. […]
Do Českého Švýcarska se vrátil oheň. Plameny z jara jsou sice bezpečně uhašeny, znovu ale vzplály varovné hlasy volající po krocích, které by vzrůstající riziko lesních požárů do budoucna minimalizovaly.   Lesní požáry už nejsou problémem pouze vzdáleného Středomoří. S oteplujícím se klimatem, vysušenou krajinou a desetiletími lidských zásahů se z nich stává nový evropský normál […]
reklama
Historie
Kdo postavil město na 92 umělých ostrůvcích?
Říká se mu ztracený archeologický ráj a není divu. Nan Madol, komplex 92 umělých ostrůvků s kamenným městem, leží v mělké korálové laguně poblíž ostrova Pohnpei v Mikronésii uprostřed Tichého oceánu.   Podle archeologů bylo město postaveno někdy kolem 12. století, možná i dřív. K čemu přesně sloužilo, se však neví. Komplex na vodě prý byl sídlem […]
Shodil novinář Skrejšovský svého soka ze schodů?
Na co sáhne, to se mu daří. Obchodováním počínaje, politikou konče. V říjnu 1878 však jeho nadějně rozjetou kariéru zhatí Zemský soud v Praze.   Ten totiž podnikateli a neohroženému novináři Janu Stanislavu Skrejšovskému (1831–1883) uloží čtyřměsíční trest za to, že shodil ze schodů a těžce zranil svého soka, architekta Viléma Tierhiera (1843–1908). „Jen jsem se […]
Pád Maximiliena Robespierra: Zuřivého jakobína nikdo nelitoval?
V horké letní noci trpí Robespierre krutými bolestmi. Zmítá se na lůžku a hlavou mu víří kolotoč myšlenek. Když se probere z mdlob, vzpomene si na jednu z pařížských jasnovidek, kterou před lety navštívil. Prorokovala mu tragický osud. Tehdy se jí vysmál.   „Robespierre to dotáhne hodně daleko,“ prohlásil o něm jiný významný francouzský revolucionář, Honoré de Mirabeau […]
Vařila prvorepubliková hospodyně podle sandtnerek?
Hospodyně Františka přemítá, co bude dneska vařit. Pracuje v rodině pana rady a ten má mlsný jazýček. Zalistuje proto rychle v jedné ze „sandtnerek“.    „Zaplaťpánbůh, že už nemusíme chodit s lístky,“ povzdechne si směrem ke služce, kterou má v kuchyni k ruce. Ještě v prvních letech nové republiky fungoval kvůli nedostatku zboží přídělový systém. […]
Zajímavosti
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 […]
Chuknagarský masakr: 10 000 mrtvých za 4 hodiny
My Lay, Katyň, Lidice, Re’im… to jsou místa masakrů, která všichni znají. Jeden z těch nejbrutálnějších po druhé světové válce však zůstává v jejich stínu.   Napětí mezi Západním a Východním Pákistánem (bývalým Bengálskem) dosahuje vrcholu, když v prosinci 1970 ve volbách drtivě zvítězí nacionalistická strana Awami (Lidová liga) žádající nezávislost. Když Západní Pákistán výsledky […]
Nálezy z Lindowu: Hlava ženy a zavražděný druid
Asi 20 kilometrů od anglického Manchesteru se rozkládá rašeliniště, které místní znají jako Lindow. Místo ale kromě močálů skrývá pozůstatky minulosti.   Na kalendáři bychom nalistovali 13. května 1983. Těžaři Andy Mould a Stephen Dooley zaregistrují na dopravním pásu něco neobvyklého. „Není to fotbalový míč?“ uchechtne se jeden z nich. Stroj zastaví a předmět položí na […]
Nejlepší úkryt pro Nobelovy ceny? Chemický roztok!
Po dvou dlouhých letech otevírá dveře své laboratoře. Oči prolétnou po stole, aby pak ulpěly na regálu, kde se nachází všemožné látky. Hledá žluto-oranžovou tekutinu, jakmile ji zahlédne, nesmírně se mu uleví. Teď může svůj plán dokončit.   Pod termínem aqua regia se skrývá směs s názvem lučavka královská. Svůj přídomek nemá pro nic za nic, […]
Záhady a napětí
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 […]
Našeptávání do ucha: Záhada pozitivních subliminals
Miliony lidí po celém světě si každou noc pouštějí do sluchátek hudbu, ve které se skrývá tajný vzkaz – slova, která má slyšet jen podvědomí, ne uši. Slibují vyšší sebevědomí, hubnutí i lepší paměť, a to bez jediné vědomé myšlenky. Skutečně ale mozek dokáže přijímat a zpracovávat instrukce, které vůbec nezaregistruje?   Noc co noc […]
Mapa, která neměla existovat: Piri Reis a tajemství předpotopních map světa
V roce 1513 nakreslil osmanský admirál Piri Reis mapu, která podle mnohých měla vzniknout až o dvě staletí později. Na kusu gazelí kůže se totiž objevuje pobřeží připomínající Antarktidu bez ledového příkrovu, tři sta let před jejím objevením. Odkud čerpal? Existovala snad civilizace se znalostmi, jež historie dosud nezaznamenala?   Píše se rok 1513, osmanský […]
Ďáblovo moře u Japonska: Mizí v asijském Bermudském trojúhelníku lodě ve spárech neznámé síly?
Jižně od japonských ostrovů se rozkládají vody, kterým se přezdívá Ďáblovo moře. Vypráví se o lodích mizejících beze stopy, podivných světlech, zrádných proudech i mořských dracích, kteří měli tyto končiny střežit už v dávných legendách. Je tichomořský Dračí trojúhelník skutečně prokletým místem, nebo se zde jen nebezpečná příroda proměnila v jednu z nejpůsobivějších námořních záhad? […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Nejvýkonnější supersportovní vůz  s motorem vpředu na světě
iluxus.cz
Nejvýkonnější supersportovní vůz s motorem vpředu na světě
Společnost Aston Martin s hrdostí představuje model Valen – nejvýkonnější vůz s motorem vpředu na světě a nejvýkonnější supersport s motorem V12 vpředu ve 113leté historii společnosti. Jako nejnovější
Konopí a deprese: nová studie odhalila silné souvislosti
21stoleti.cz
Konopí a deprese: nová studie odhalila silné souvislosti
Konopí má řadu léčivých a pozitivních účinků, což dokázala už řada studií provedených vědci po celém světě. Ale jak to tak bývá, i u této rostliny platí, že všeho moc škodí. Konopí patří k nejrozšíře
Vyrobte si domácí sushi
tisicereceptu.cz
Vyrobte si domácí sushi
Rolujte sushi jako mistři asijské kuchyně! Suroviny hrnek sushi rýže (200–250 g) 60 g rýžového octa (na 250 g rýže) 40 g krupicového cukru 10 g soli řasy Nori filet z lososa salátová okurk
Na dovolenou jsem jela sama a málem toho litovala
nejsemsama.cz
Na dovolenou jsem jela sama a málem toho litovala
Některé věci si musí člověk zkrátka prožít. Poté, co jsem loni kamarádkám oznámila, že pojedu na dovolenou úplně sama, dívaly se všechny na mě dívaly, jako bych se zbláznila. Po rozvodu jsem ale potřebovala na chvíli zmizet. Chtěla jsem být sama se sebou a hlavně si dokázat, že se o sebe ještě umím postarat. Úplně
Prováděli už sumerští lékaři operace hlavy?
historyplus.cz
Prováděli už sumerští lékaři operace hlavy?
Na stole leží bronzový skalpel. Sumerský doktor z Babylonu se chystá na operaci. Za „otce lékařství“ je považován Řek Hippokrates. Už o 2000 let dříve ale v Mezopotámii existovalo velmi rozvinuté lékařství. Titul „otce lékařství“ by si tak podle některých badatelů spíš zasloužil jeden z tamních doktorů… Na březích Eufratu a Tigridu vzkvétají první města. Na přelomu
Porcelán, nebo keramika?
panidomu.cz
Porcelán, nebo keramika?
Na první pohled mohou být některé výrobky z keramiky a porcelánu téměř k nerozeznání. Přesto jsou jiné. Jedná se o dva různé materiály, které se zpracovávají dvěma odlišnými způsoby. Jak to tedy s keramikou a porcelánem opravdu je? Jedno mají společné – jedná se o poctivou, ve většině případů ruční práci. Možná i proto jsou
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
Já dodržím svůj slib!
skutecnepribehy.cz
Já dodržím svůj slib!
Když se mě lidé ptají, proč si nenechám pomoct a proč manžela neumístím do LDN, většinou jen sklopím oči. Ulevilo by se mi. Ale copak mohu? Vím, že to nemyslí zle. Mnozí mi říkají, že bych si konečně odpočinula, že bych se vyspala, že bych zase mohla chvíli žít i svůj život. Možná mají pravdu. Jenže
Lobotomie do paměti Brazílie: Požár muzea zničil miliony muzejních exponátů
epochaplus.cz
Lobotomie do paměti Brazílie: Požár muzea zničil miliony muzejních exponátů
Každá země má svůj tragický požár, který pronikne hluboko do její historie. Národní divadlo v Praze, katedrála Notre Dame v Paříži, to jsou jen dva příklady, kdy oheň zničil mnohem více než jen konkrétní stavbu. Do této skupiny národních katastrof patří i požár brazilského Národního muzea v Rio de Janeiru. Pro Brazílii i celou Jižní Ameriku se stalo
Kam letos vyrazit na poslední chvíli: moje zkušenosti s last minute dovolenou
epochanacestach.cz
Kam letos vyrazit na poslední chvíli: moje zkušenosti s last minute dovolenou
Last minute dovolená může být vhodnou volbou pro cestovatele, kteří chtějí odjet v blízkém termínu, jsou flexibilní při výběru destinace a hledají zajímavý poměr ceny, kvality a služeb. Nejde však pouze o rychlé nalezení nejnižší ceny. Důležité je porovnat termín, délku letu, počasí, úroveň hotelu, stravování, transfer i vhodnost destinace pro konkrétní typ cestovatele. Jiné
Magdalena Gorniková: Neuvěřitelný příběh slovinské mystičky
enigmaplus.cz
Magdalena Gorniková: Neuvěřitelný příběh slovinské mystičky
V roce 1835 se do chudé rolnické rodiny, na území dnešního Slovinska, narodila Magdalena Gorniková. Do věku dvanácti let nebyl její život nijak mimořádný. Pak se však stalo něco, co ani současná věda
Musí se Solaříková snad dělit o kluka s jinou?
nasehvezdy.cz
Musí se Solaříková snad dělit o kluka s jinou?
Má místo blaženého úsměvu na tváři herečka ze seriálu Bratři a sestry Patricie Solaříková (37) vrásky na čele? Blondýnka to se svým přítelem, urostlým vousáčem a tvůrcem videí Alexem Grigorievem (
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