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
Ještě v 60. letech minulého století znamenala diagnóza dětské leukémie téměř jistou smrt. Dnes přežívá drtivá většina malých pacientů. Tento obrat není dílem jednoho zázračného léku, ale výsledkem desetiletí mravenčí práce, mezinárodní spolupráce a odvahy zkoušet nové cesty. Představte si dobu, kdy lékaři museli rodičům sdělit, že jejich dítěti zbývá jen pár týdnů života. Taková […]
Nanočástice stříbra byly považovány za zbraň č. 1 v boji s bakteriemi odolnými vůči antibiotikům. Vědci z přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého však upozorňují, že bakterie se systematicky adaptují i na nanomateriály včetně stříbra. Je to další facka vědě?   Nejde přitom o náhodné nebo přechodné jevy, ale o komplexní soubor obranných strategií, které se opakují napříč různými bakteriálními kmeny i typy […]
Z pohledu mozku je lež výrazně náročnější než pravda. Říct pravdu znamená vytáhnout hotovou informaci z paměti. Zalhat znamená hned několik věcí najednou: pravdu potlačit, vymyslet alternativní verzi, uhlídat její konzistenci a ještě sledovat reakci protistrany. Mozek se při tom pořádně zapotí.   Neurovědci dlouhodobě sledují, že při lhaní se aktivuje především prefrontální kortex, tedy […]
Chuť na hořké v nás spouští jeden z nejstarších ochranných reflexů. V přírodě totiž hořkost často signalizovala jedovaté látky v rostlinách. Mozek se proto během evoluce naučil, že hořké rovná se potenciálně nebezpečné. I dnes, v době laboratorně testovaných potravin, tento mechanismus funguje téměř automaticky. U většiny lidí vyvolává hořká chuť instinktivní odpor, někdy dokonce […]
reklama
Historie
Rozezvučel bojovný mnich nebeské varhany?
Na pódium vystupuje za ovací davu mnich v bílé říze. Přichází vyzvat všechny přítomné, aby šli na smrt ve jménu své víry. Pod vlivem jeho slov lidé klesají na kolena a zanedlouho se ochotně vydají do války v daleké zemi.   Druhá křížová výprava do Svaté země je papežem vyhlášena, ale to neznamená, že se všichni do […]
Fort Jefferson: O 16 milionů cihel se nikdy neválčilo
Na první pohled se mu ta skupinka opuštěných ostrůvků zalíbila. Jeví se jako ideální místo pro vybudování námořní stanice. Bohužel komodor David Porter zjistí, že na nich není žádná pitná voda, a svou pozornost zaměří jinam. Ovšem Američané se do tohoto ráje kousek od Floridy brzy vrátí a přece jen zde začnou stavět…   Pro […]
Přivedl císaře do neštěstí namyšlený eunuch?
Mají oči a uši všude. Eunuchové doprovázejí čínské císaře už v dobách prvních panovnických dynastií. V některých obdobích se jim daří hůř, jindy líp. Jejich doslova zlatá éra nastává za vlády Mingů.   Kastrace u čínských eunuchů spočívá v odříznutí penisu i varlat najednou. Zpočátku se jedná o trest, ale císaři z dynastie Mingů ho […]
Cenzuroval tyran Čelakovský své ženě dopisy?
Na psacím stole se vrší jedna kniha za druhou. „Samé učebnice. A k čemu?“ rozčiluje se František Ladislav Čelakovský. Ambice jeho ženy ho přivádějí k nepříčetnosti.   O své rodiče přišla Bohuslava Rajská (původním jménem Antonie Reissová; 1817–1852) už v mládí. Nějakou dobu proto žije v rodině své sestry Karoliny. Má tam k dispozici rozsáhlou knihovnu, kde se s nadšením vzdělává […]
Zajímavosti
Čtyřlístek: Vada, která nosí štěstí?
Hledali jste někdy na letní louce čtyřlístek? Je to výzva a jen málokdy bývá tato snaha korunována úspěchem. Není divu: podle odborníků je pravděpodobnost jeho nalezení jen 1 ku 10 000.   Za touto romantickou trofejí stojí poměrně prozaická věc: genetická anomálie, která postihuje jinak zcela běžný jetel plazivý. Na vzniku lístků navíc se může […]
Nekonečné schodiště: Mazaná optická hádanka
Stoupáte schod po schodu nahoru, zatáčka… Ale vždyť tady jste už byli! Ne, v realitě toto schodiště postavit neumíme. Zato na papíře či monitoru nám dokáže pořádně zamotat hlavu. „Je to nemožnost ve své nejčistší formě,“ nechá se slyšet jeden z jeho tvůrců, Roger Penrose.   Vytvoří na 2500 objektů, ze kterých lidem spadne brada. Vždyť vypadají […]
Kolonie Roanoke: Kam zmizelo 120 anglických osadníků?
Domy jsou opuštěné, borový les tiše hučí a večerní stíny se plazí mezi kmeny. Kolem osady na ostrově Roanoke v dnešní Severní Karolíně je nově postavená palisáda, ale ani to nejspíš nedokáže osadníky zachránit. Muži, ženy, děti – všichni jsou pryč. Nadobro a navždycky!   Anglický kapitán John Smith (1579–1631) v srpnu 1587 naposledy zamává své […]
Nindžové: Mistři intrik a převleků
Představíte si černou kuklu, tichý pohyb po střechách a smršť létajících hvězdic, než zazní poslední výdech nepřítele? Realita je o dost pestřejší, a to nejen barevně. Nindžové skutečně existovali, ale jejich život vypadal jinak než ve filmech a videohrách.   Kultovní černý kostým nindži má svůj původ v japonském loutkovém divadle, kde vodiči loutek nosí […]
Záhady a napětí
Co způsobuje záhadné výbuchy u jezera Seneca?
Už celá staletí se u jezera Seneca v USA ozývají hlasité rány a dunění připomínající výstřely z děl doprovázené slabými, ale měřitelnými otřesy. Říká se jim „senecká děla“ či „jezerní bubny“ a pro vědce jsou stále neobjasněnou záhadou. Co může tyto tajemné zvuky způsobovat?   Ledovcové jezero Seneca v americkém státě New York je se […]
Potopená relikvie: Nesla ruská loď kus Pravého kříže?
Vlajková loď ruské Černomořské flotily Moskva se v roce 2022 potopí po zásahu ukrajinskými raketami. Ke dnu s ní však údajně klesá i velmi vzácná relikvie: Na palubě se měl totiž nacházel kousek Pravého kříže, tedy dřeva, na němž byl ukřižován Ježíš Kristus! Byla ale relikvie vůbec na lodi? Co se s ní potom stalo? A přispěla nějak […]
Hlídá mýty opředený hloh přechod mezi světy?
Strážce před neviditelným zlem i důvěrný spojenec v časech slabosti a zoufalství. Nenápadný hloh provází člověka po tisíce let. Jeho trny měly odhánět démony, květy chránit nevěsty a celé keře vymezovat hranici mezi světem živých a mrtvých. Proč se tyhle rostliny sázely u hrobů a proč se k nim lidé obraceli, když hledali klid, spánek […]
Zázračné obrazce v Cajamarquille: Jde o obří svislé pohřebiště?
O nejslavnějších geoglyfech na peruánské planině Nazca byly popsány již stohy papírů, přitom relativně nedaleko lze najít méně známý, ovšem stejně záhadné útvary, takzvané Band of Holes, neboli Pás děr. Ze vzduchu připomíná obří děrovaný pás táhnoucí se krajinou. Tisíce jam seřazených do dokonalých řad. Kdo je vykopal, kdy a hlavně proč? To je dodnes […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Nejlepší místa na Velikonoce v Česku
nejsemsama.cz
Nejlepší místa na Velikonoce v Česku
Neseďte doma a vyrazte si užít velikonoční veselí na místa, kde bude o tomto jarním svátku opravdu živo. Zajeďte si za tradicemi do skanzenu, na hrad nebo třeba do vinařství či na jarmark. Vyberte si dle svého gusta! Zde jsou skvělé tipy pro letošní rok. Hrad Buchlov Přivítejte jaro v kulisách středověké pevnosti! Právě to nabízí hrad Buchlov v Buchlovicích, asi 35 kilometrů jihozápadně od Zlína.
Srdceryvné dopisy Langmajera pro exmanželku!
nasehvezdy.cz
Srdceryvné dopisy Langmajera pro exmanželku!
Co se to v manželství Jiřího Langmajera (59) a herečky Adély Gondíkové (52) děje? Herec z Kriminálky Anděl se najednou čím dál víc vrací ke svému zpackanému manželství s učitelkou Kamilou. A rozhodn
Častější ejakulace může podpořit mužskou plodnost, naznačuje nový výzkum
21stoleti.cz
Častější ejakulace může podpořit mužskou plodnost, naznačuje nový výzkum
Mužům, kteří s partnerkou podstupují umělé oplodnění, bývá doporučováno zdržet se ejakulace 2 až 7 dní před odběrem spermií. Nejnovější výzkum však ukazuje, že díky tomu poskytnuté vzorky sice budou o
Jezdili středověcí havíři do štol na pytlích?
historyplus.cz
Jezdili středověcí havíři do štol na pytlích?
Někdy kolem roku 1290 jsou v oblasti dnešní Kutné Hory otevřeny bohaté stříbrné žíly. Rázem se sem sjíždějí lidé ze všech koutů království i z ciziny. Doboví kronikáři hovoří až o 100 000 příchozích, dnešní historikové jsou opatrnější a uvádějí 10 000. Mezi nimi je hodně zkušených havířů. Mohou zbohatnout V počátcích těžby stříbra v
Revoluce v boji s dětskou kolikou
panidomu.cz
Revoluce v boji s dětskou kolikou
Každá maminka to zná. Miminko neutišitelně pláče, propíná se v zádech, přitahuje nožičky k bříšku a vy víte, že ho trápí „prdíky“. Tříměsíční kolika dokáže potrápit nejen dítě, ale i celou rodinu. Na trhu se objevil unikátní český patent RIOCATH BABY®, který mění způsob, jakým můžeme našim nejmenším okamžitě a bezpečně ulevit. Když masáže a kapičky nestačí
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
Hodinářský ateliér Chronoshop nabídne magazín Top Class k nákupu
iluxus.cz
Hodinářský ateliér Chronoshop nabídne magazín Top Class k nákupu
Magazín Top Class a hodinářský ateliér Chronoshop se potkaly na průsečíku stylu, preciznosti a vášně pro detail. Výsledkem je elegantní nabídka pro všechny, kteří vnímají hodinky jako víc než jen nást
Zimní palác: Sídlo carů a svědek revoluce
epochaplus.cz
Zimní palác: Sídlo carů a svědek revoluce
Nejsou tomu ani čtyři roky, co car stojí na balkóně a s úsměvem na tváři mává vojákům, jež kráčí vstříc první světové válce. Teď si budovu přivlastní úředníci a panovníka jednoduše odsunou do pozadí. To ale není konec, další změna přijde velice brzy. Rozlohou odpovídá dvěma Strahovským stadionům. Kromě toho uvnitř najdeme 1500 pokojů, 1 945
Kontroverzní Wolfgang Beltracchi poprvé v Praze
epochanacestach.cz
Kontroverzní Wolfgang Beltracchi poprvé v Praze
Od 7. května do 27. září 2026 představuje Wolfgang Beltracchi v pražském Obecním domě svoji aktuální tvorbu pod názvem „Divine Stories“ – „Božské příběhy“. Před 15 lety šokoval Beltracchi jako padělatel svět umění – svojí první pražskou výstavou ho nyní znovu provokuje. Skutečnost, že jde o umělce, který byl v roce 2011 odsouzen za falzifikaci
Co je nejlepší na světě? Rodina!
skutecnepribehy.cz
Co je nejlepší na světě? Rodina!
Možná jsem už kapánek starší dáma, ale paměť mi pořád dobře slouží. Ráda vzpomínám na doby, kdy byly moje děti malé, a vůbec nejraději s nimi po boku. Žiju v malém domku na okraji vesnice, kde jsem se narodila a kde jsem vychovala i své děti. Rodina se mi časem rozrostla. S mužem jsme měli celkem pět dětí. Tři syny a dvě dcery. Díky nim
Temné tajemství rodiny Lempových: Je jejich dům prokletý?
enigmaplus.cz
Temné tajemství rodiny Lempových: Je jejich dům prokletý?
Dům známý pod názvem Lemp Mansion je považován za jeden z nejstrašidelnějších v celých Spojených státech. Několik jeho obyvatel v něm předčasně zemřelo a dodnes prý v domě straší. Bloudí po něm skuteč
Slané tyčinky k zakousnutí
tisicereceptu.cz
Slané tyčinky k zakousnutí
Dají se připravit z různých druhů mouky, můžete je dochutit sýrem, kořením nebo je i zabalit do šunky. Ingredience 250 g másla 250 g tvarohu 250 g hladké mouky 1 vejce sůl seznamová semínka
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