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
V pátek držíte v ruce lamí ohlávku, a přemýšlíte, kdo tu vlastně vede koho. V sobotu vás vyplaší čerti-krampusáci, rakouská specialita na profesionální strašení dětí i dospělých. A v neděli cestou do Česka žasnete nad nejdelším železničním tunelem Rakouska. Mezitím přemýšlíte, jak se rodí dokonalý lyžařský oblouk a jak úžasná je vlastně fyzika v pohybu.   Cesta […]
Věděli jste, že při tetování nezanecháváte stopu jen na kůži, ale také na imunitním systému? Průlomová mezinárodní studie, na níž se podíleli i vědci z Biologického centra Akademie věd ČR, ukazuje, že běžně používané tetovací pigmenty mají vliv na imunitu, vyvolávají zánět a mohou snižovat účinnost některých vakcín. Hned po aplikaci se barviva rychle šíří […]
Mykologové z Botanického ústavu Akademie věd ČR a spolupracujících institucí popsali pozoruhodný případ, který dokládá, že i dobře spravované veřejné sbírky mikroorganismů mohou ukrývat systematické omyly. Studie, publikovaná v prestižním mezinárodním časopise IMA Fungus, odhalila, že sedm kmenů uložených v mezinárodní sbírce pod stejným druhovým názvem představuje ve skutečnosti sedm geneticky i morfologicky odlišných druhů […]
Novou metodu umožňující spouštět chemické reakce v živých organismech podle lokální hodnoty pH vyvinul tým vědců z ETH Curych vedený Helmou Wennemers a Athanasiosem Markosem, který působí na Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého v Olomouci. Tento postup otevírá cestu k přesnější diagnostice a cílené léčbě nádorů či zánětlivých onemocnění. Výsledky výzkumu zaměřeného na vývoj nové bioorthogonální […]
reklama
Historie
Architektovi cestu ke králi otevřela metresa
Francouzský král Ludvík XIV. už ztrácí trpělivost. Stavba Invalidovny pro válečné veterány se vleče a návrhy na zdejší kapli se mu pranic nelíbí. Naštěstí má ministr války markýz de Louvois v rukávu ještě eso – architekta Julese Hardouina-Mansarta.   Jeho prastrýcem je slavný francouzský architekt Francois Mansart (1598–1666), který Julese Hardouina (1646–1708) zasvěcuje do tajů […]
Unikátní minaret: Vystoupat na jeho vrchol chce odvahu
Za vlády Abbásovců zažívá islámský svět svůj zlatý věk. Chalífa al-Mutawakkil je nejen zbožný a tolerantní vůči jiným náboženstvím, ale podporuje také umění, vzdělanost, a hlavně architekturu.   Ačkoli se hlavní metropolí dynastie Abbásovců, odvozující svůj původ od Mohamedova strýce al-Abbáse (566–653), stává Bagdád (dnes v Iráku), chalífa al-Mutawakkil (822–861) věnuje svou pozornost městu Sámarrá, […]
Havlíček pokládal Brixen za hnízdo hlupáků
Je to nepříjemné probuzení. Havlíček otevře oči, ale u jeho postele nestojí ani manželka Julie, ani bratr František, nýbrž pražský vrchní komisař Franz Dedera, okresní hejtman Ferdinand Voith a četník s ručnicí.   Karel Havlíček Borovský (1821–1856) je rozespalý, dlouho do noci psal, teprve před chvílí si šel lehnout. Přesto vstane, oblékne si župan a se […]
Největší cirkus světa nadchl Čechy
V cirkusovém stanu, dlouhém 180 metrů, člověk neví, kam upřít zrak dřív. Jsou tu tři manéže, dvě jeviště i 400 metrů dlouhá okružní dráha, stěny lemují klece zvěřinců a pod kopulí se lesknou hrazdy artistů.   Na počátku 20. století je to už 20 let, co se ve Spojených státech zrodil největší cirkus světa Barnum & […]
Zajímavosti
Bavlna: Jak si bílé chmýří podmanilo svět
Bavlna je v našich životech doslova všudypřítomná. Najdeme ji v oděvech, ručnících i bytovém textilu. A dokonce také v produktech určených pro zdravotnictví nebo osobní hygienu! Zmínky o ní jsou zapsány už v dávných historických kronikách.   Pokud se ptáme, jak to bylo s její domestikací, pak nezačíná na jednom místě. Nezávisle na sobě lidé […]
Řasokoule: Šneci rostlinné říše
Někdo v nich vidí podivuhodné živočichy, další je pro změnu označuje za podvodní mech. Řasokoule jsou však řasy, které do kulovitého tvaru češe sama voda!   Po dně se povalují celá staletí, vědci si jich všimnou začátkem 19. století. Rakouský botanik Anton E. Sauter (1800–1881) zahlédne a popíše zvláštní rostlinu, kterou spatří v jezeře Zell. […]
Mount Mihara: Sopka sebevrahů!
Bez své lásky nedokáže žít a věří, že když skočí, žár ji okamžitě promění a ona bude stoupat k nebi jako dým. Nezůstane v tom sama. Její příběh se totiž zaryje do japonských dějin a vyvolá vlnu následovníků.   Všechno začne v roce 1933, kdy se jednadvacetiletá studentka tokijské Praktické dívčí školy Kijoko Macumoto zamiluje […]
Kde leží Nulový ostrov?
Kde se nachází začátek Země? Ač se zdá otázka nesmyslná, odpověď je logická. Tam, kde je naprostá nula. Tedy v místě, kde se protíná nultý poledník s rovníkem! A co tam leží? Přeci Nulový ostrov!   Najděte si to magické místo na mapě. Nula stupňů zeměpisné šířky, nula stupňů zeměpisné délky. Když ale přesně do […]
Záhady a napětí
Podivné zmizení Williama Roache: Stojí za ním kletba?
Na Nový rok 1993 se v australském městě Armidale v Novém Jižním Walesu beze stopy ztrácí pětadvacetiletý student William „Bill“ Roach. Nikdy se nenajde ani jeho tělo, ani věci, které měl u sebe. Zatímco policie uvažuje o sebevraždě, blízcí mají jasno: může za to kletba čarodějnic! Co se se studentem stalo? A proč to nevíme […]
Asteroid, který měl šanci zasáhnout Zemi, by mohl narazit do Měsíce
V roce 2025 svět obletěla zpráva o nebezpečném asteroidu, který by se již za pár let mohl srazit se Zemí. Později jsou sice výpočty upřesněny a riziko katastrofické srážky se snižuje na zcela nepodstatnou hodnotu, jenže zároveň vyvstává nový problém. Asteroid 2024 YR4 by při průletu v roce 2032 údajně mohl narazit do Měsíce. Máme […]
Poklad templářů na Slovensku? Poznejte tajemství kostela v Ludrové!
Na víko dopadá drobný déšť. Šest mužů nesoucích rakev a oblečených do kroužkové zbroje kráčí pochodovým krokem v čele smutečního průvodu. Bojová vlajka a okraje plášťů zdobených křížem vanou ve větru. Cílem jejich cesty je blízký kamenný kostelík obklopený zdí…   V kostele čeká na rytíře kněz mávající kadidelnicí a otevírající vstup do krypty v blízkosti […]
Případ Mariana Rajchela: Dostával zprávy od démona?
„Ona z toho pekla nevyjde. Je moje. Každý, kdo se za ni bude modlit, zemře.“ Taková slova údajně v roce 2014 obdrží polský kněz Marian Rajchel (?–2021) od jakéhosi démona. Ne ale někde v temné kryptě při seanci nebo ve zlém snu, ale přes mobilní telefon! Přijdou prý skrze dívku, kterou se neúspěšně snaží zbavit posedlosti. Začala s ním […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Novoroční předsevzetí leccos prozradí
panidomu.cz
Novoroční předsevzetí leccos prozradí
Do novoročního předsevzetí více než rozum mluví podvědomí a emoce, neboť málokdy dokážeme zhodnotit svůj život objektivně a vybrat změnu, která je nejpodstatnější.   Co to o vás prozrazuje, když se rozhodnete… … začít cvičit a zhubnout K jednomu z nejčastějších novoročních předsevzetí nás ve skutečnosti nutí výčitky svědomí z vánočního přejídání. Někdy se ale
Časomíra Bell & Ross pro peklo jménem Dakar
iluxus.cz
Časomíra Bell & Ross pro peklo jménem Dakar
Kdyby hodinky uměly polykat prach, snášet vedro a přitom si zachovat chladnou hlavu, nosily by jméno Bell & Ross. Právě tahle značka se totiž stává oficiálním časomírou týmu Defender Rally ve svět
Palác parlamentu: Ceaușescův betonový monument strachu a moci
epochaplus.cz
Palác parlamentu: Ceaușescův betonový monument strachu a moci
Bukurešťský Palác parlamentu, původně známý jako Dům lidu (Casa Poporului), patří k největším stavbám na světě a dodnes je jedním z nejvýraznějších symbolů diktátorské megalomanie. Nicolae Ceaușescu jej nechal vybudovat v 80. letech jako centrum své absolutní moci – a zároveň jako místo, které mu mělo zajistit přežití i v případě jaderné války. Palác, který
Fontainebleau: Obývají záhadný les duchové?
enigmaplus.cz
Fontainebleau: Obývají záhadný les duchové?
Jen 60 kilometrů od Paříže leží hluboký les Fontainebleau. Dnes je oblíbeným cílem turistů, má však ponurou minulost. Kriminálníci, kteří se v něm v dávných dobách ukrývali, si vyprávěli historky o zv
Zachraňovala Slovensko britská lady?
historyplus.cz
Zachraňovala Slovensko britská lady?
„Zachraňte před smrtí naše nemocné a podvyživené děti!“ volá o pomoc Alice Masaryková. Hlavně na Slovensku je situace kritická, v těch nejchudších krajích umírají kojenci po desítkách. Svět její prosby vyslyší. Z Ameriky vyplují lodě naložené potravinami, léky či oblečením a přidá se i britská filantropka Muriel Pagetová. Díky ní se humanitární pomoc skutečně dostane k těm, kteří
Která kráska dostane Bilinu?
nasehvezdy.cz
Která kráska dostane Bilinu?
Herec Šimon Bilina (30) ze seriálu ZOO Nové začátky prý toužil po rodině co nejdřív, a tak vkládal do vztahu se svou blondýnkou Kateřinou velké naděje. Jenže sotva oznámil, že po rozchodu s kolegy
Dopřejte si krémový komfort
nejsemsama.cz
Dopřejte si krémový komfort
Chlad, vlhko i časté změny teplot jsou pro pleť pořádný zápřah. Kromě běžné péče jí dopřejte komfort také při líčení. Při výběru make-upu nebo i podkladové báze se zaměřte na krémové produkty. Ideálně takové, které obsahují kyselinu hyaluronové, peptidy a ceramidy, které posilují ochrannou bariéru pleti, a navíc ji omlazují. Dobrou volbou jsou také kosmetické výrobky obohacené o bambucké máslo,
Konstantinovy Lázně nabízejí úlevu i odpočinek
epochanacestach.cz
Konstantinovy Lázně nabízejí úlevu i odpočinek
Konstantinovy Lázně uprostřed západočeských lesů jsou možná nenápadné, ale také výjimečné především svou rodinnou atmosférou. Srdce vám zde pookřeje. Patří mezi nejmenší české lázně a rozhodně na tom nechtějí nic měnit. Právě proto tady totiž nikdy nenarazíte na davy lidí a i čas tady ubíhá tak nějak pomaleji a beze stresu. Právě proto jsou Konstantinovy Lázně ideálním místem pro
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
A proč se nevdat i počtvrté?
skutecnepribehy.cz
A proč se nevdat i počtvrté?
Většina žen touží po tom najít si spolehlivého a hodného muže, po jehož boku prožije krásný život. Ne každé se to však vyplní. Já jsem v mládí nebyla jiná. Chtěla jsem mít krásnou svatbu s mužem, se kterým budu napořád. To se mi ale nepodařilo a před oddávajícího úředníka jsem v životě vstoupila celkem čtyřikrát. Mladická nerozvážnost Svůj
Levandulová limonáda
tisicereceptu.cz
Levandulová limonáda
Zažene žízeň i bolest hlavy. Suroviny 1 lžíce levandulových květů 200 g cukru krystal 200 ml čerstvě vymačkané citronové šťávy led Na ozdobu levandule, citron Postup Do hrnce nali
Konspirační myšlení: Když mozek vidí vzorec, i když žádný není
21stoleti.cz
Konspirační myšlení: Když mozek vidí vzorec, i když žádný není
Víra v konspirační teorie není jen pouhou intelektuální slabostí nebo obyčejnou leností, ale má hluboké psychologické i evoluční kořeny. Lidský mozek se za sta tisíce let vyvinul tak, aby v chaosu svě
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