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
Tým vědců z Biologického centra Akademie věd ČR přinesl nové zásadní poznatky o tom, jak probíhá první fáze infekce lymské boreliózy těsně po přenosu z klíštěte. Pomocí pokročilé elektronové mikroskopie získali vůbec nejdetailnější pohled na to, jak se bakterie rodu Borrelia dostává z místa klíštěcího kousnutí do cév.   Českobudějovičtí vědci objevili dosud neznámé mechanismy chování […]
Výzkumný tým z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy vedený profesorem Ivanem Čepičkou a jeho doktorským studentem Markem Valtem objevil vzácný a jednobuněčný organismus s unikátní buněčnou stavbou, který nazval Solarion arienae.   Ve studii publikované v prestižním vědeckém časopise Nature vědci ukazují, že tento druh spolu s několika dalšími málo známými liniemi prvoků tvoří novou eukaryotickou superskupinu […]
Mezinárodní tým vedený antropology z Univerzity Karlovy provedl výzkum, který přináší první přímá fyziologická měření během tzv. vytrvalostního lovu, prastaré lovecké strategie, při níž člověk uštve kořist pěším pronásledováním. Výsledky, publikované v časopise Journal of Human Evolution, ukazují, že tato forma lovu je energeticky výhodná a zvládnutelná i pro moderního, neaklimatizovaného člověka. Vytrvalostní lov je […]
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 […]
reklama
Historie
Paul Verlaine: Šílenec ztracený v dobrodružství
Průměrnému žákovi pařížského Bonapartova lycea Paulu Verlainovi je pouhých 14 let, když se v jeho životě objeví zcela nové podněty. Patří mezi ně cigarety a alkohol, ale také básně Charlese Baudelaira.   To vše nasává s náruživostí sobě vlastní. Sám začíná s psaním veršů, které ho jednou zařadí mezi špičku generace nekonformních, takzvaně prokletých básníků.   Rok […]
Vznikla mikrovlnka díky čokoládě?
Technik s údivem strčí ruku do kapsy a vytáhne ji umazanou od rozteklé čokolády. Jak se mohla tak najednou rozpustit? Ještě pár minut potrvá, než mu dojde, že právě objevil princip jednoho z dnes naprosto samozřejmých kuchyňských spotřebičů.   Už v roce 1924 popisuje profesor Univerzity Karlovy August Žáček (1886–1961) princip oscilace magnetronu, elektronky generující mikrovlnné záření. Celá […]
Vytvořil Pisano po skandálu své vrcholné dílo?
Farář Arnold svůj chrám Sant´Andrea v toskánském městě Pistoia průběžně zvelebuje. Po výměně hlavního oltáře a stavebních úpravách kněžiště zatouží po nové kazatelně. Shodou náhod pro tuto zakázku získá mistra Giovanniho Pisana. Fakt, že věhlasný gotický sochař a architekt nedávno neodvedl zrovna nejlepší práci v Sieně, mu nevadí…   Řemeslu se vyučil v dílně svého […]
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 […]
Zajímavosti
Epos o Gilgamešovi: Nejstarší dílo světové literatury
Zatímco v Evropě se naši předci mlátí po hlavách kamennými sekeromlaty a bronz je považován za vzácnou novotu, v oblasti Mezopotámie vyrůstá první civilizace. Někdy kolem roku 3800 př. n. l. přicházejí Sumerové – první, kterou známe jménem. Zakládá v povodí řek Eufrat a Tigrid první městské státy.   Podle legend jim vládne jistý Gilgameš, […]
Cullinan: Největší diamant světa poslali poštou!
Vznikl pravděpodobně v hloubce kolem 500 km, k povrchu se dostal před 1,18 miliardy let a člověk ho poprvé spatří 26. ledna 1905. Má namodralý odstín a k tomu malou vzduchovou kapsu, která při správném natočení „hází“ duhová prasátka.   Toho dne, 6 metrů pod zemí, zahlédne při běžné inspekci v šachtě jihoafrického dolu Premier […]
Kolos Vasa vydrží na hladině jen pár hodin
Z přístavu vyplouvá majestátní loď jménem Vasa. Její stěžně jsou vyšší než kostelní věž. Den je klidný, svítí slunce, vane mírný vítr. Ze dvou dělových palub zazní slavnostní salva a dav na břehu jásá. Tak nádhernou a velikou loď svět ještě neviděl!   Švédský král Gustav II. Adolf (1594–1632) se připravuje na třicetiletou válku, ale už […]
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 […]
Záhady a napětí
Mýty opředená mandragora: Léčivý kořen s magickou mocí?
Mandragora je tajemstvími opředená rostlina, která se od pradávna používá k magickým obřadům. Mluví o ní Shakespeare i kniha Genesis. V jaké souvislosti? Čím je „ďáblova panenka“ tak přitažlivě záhadná? Může opravdu růst jen pod šibenicemi z moči a semene oběšenců?   I kouzelník Harry Potter z fantasy románů britské spisovatelky J. K. Rowlingové (*1965) […]
Zvláštní prohlášení amerického kongresmana: Co se skrývá v hlubinách oceánů?
Americký kongresman Tim Burchett na neobvyklé nahrávce v září 2025 prohlašuje, že Zemi obývají záhadné bytosti, které se vynořují z oceánu. Od námořního personálu má prý informace o několika hlubokých vodních oblastech, kde dochází ke zvýšenému pozorování neznámých entit.   Na podzim roku 2025 se na sociálních sítích i zpravodajskými kanály šíří zhruba minutu dlouhé […]
Strašidelný dům Woolton Hall: Sídlo duchů zachvátil požár, zastaví to paranormální jevy?
Parapsychologové a průzkumníci opuštěných objektů po návštěvě chátrajícího sídla Woolton Hall často prohlašují, že je to jedno z nejstrašidelnějších míst, jaká kdy spatřili. V posledních letech dům navíc dvakrát vyhořel, čímž se stává také velmi nebezpečným pro případné další návštěvníky. Mohl by požár ovlivnit i zdejší duchy?   Sídlo Woolton Hall v anglickém Liverpoolu z […]
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 […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Bylinkami na zánět průdušek
panidomu.cz
Bylinkami na zánět průdušek
Nepodceňujte zánět průdušek. Nejen kašel, ale i dušnost či bolest na hrudi mohou být jeho příznakem. Komplikace v podobě zápalu plic na sebe nemusí dlouho čekat. Příčinou toho onemocnění je kromě virů a bakterií i znečištěné prostředí a kouř z cigaret. Svůj vliv může mít i přepracovanost, dědičné dispozice nebo celkové oslabení. Nejúčinnější prevencí je vyhýbat
Zapečená směs cuket a lilků
tisicereceptu.cz
Zapečená směs cuket a lilků
Zapečená letní zelenina je skvělé jídlo, které můžete podávat jako přílohu k masu nebo ho servírujte jako lehké hlavní jídlo. Ingredience 3 středně velké cukety 1 středně velký lilek 500 g che
Spálili Gottwaldovu mumii z politických důvodů?
historyplus.cz
Spálili Gottwaldovu mumii z politických důvodů?
„Národní památník na Vítkově bude od 1. dubna t. r. z technických důvodů uzavřen. Současně se také uzavírá mauzoleum Klementa Gottwalda,“ oznámí stručně noviny na začátku roku 1962. O pár měsíců později je tělo prvního československého komunistického prezidenta spáleno. Tolik let ho přísně střežili, a teď ho jen tak hodí do pece? Za tím něco
Brož po prababičce v sobě skrývala zlo
skutecnepribehy.cz
Brož po prababičce v sobě skrývala zlo
Našla jsem ji v maminčině šatní skříni v kapse starého kabátu. Maminka mi vysvětlila, že je to brož po mé prababičce. Vázal se k ní tajemný příběh. Ta starožitná skříň u maminky v pokoji mě vždycky lákala. Byla v ní spousta krásných šatů, jako z pohádky. Některé byly po babičce, nebo dokonce po prababičce. Jako malá jsem do té skříně ráda lezla,
Manželství Ondřeje Havla se proměnilo v peklo
nasehvezdy.cz
Manželství Ondřeje Havla se proměnilo v peklo
Herec Ondřej Havel (31) alias starosta Jirka Hložánek z Ulice už dávno nemá tak spokojené manželství, jak tomu bývalo. Když se se svou manželkou Bárou (31) po letech chození ženil, byla mezi nimi ve
Lázně Libverda: místo, kde znovu načerpáte síly
epochanacestach.cz
Lázně Libverda: místo, kde znovu načerpáte síly
Nejenže se tu lidé vyléčí. Prostředí Lázní Libverda vás také přímo nastartuje pro nový a aktivní život. Jsou dokonalým rájem i pro vyznavače turistiky i běžek. Vlastně se není čemu divit. Městečko leží totiž v malebném podhůří Jizerských hor, na pomezí Čech, Německa a Polska. V zimním období to přímo láká k tomu, nazout si běžky nebo sněžnice a vyrazit do
Tipy, kam letos na běžky v Česku
nejsemsama.cz
Tipy, kam letos na běžky v Česku
Nezáleží na tom, jestli jste vášniví běžkaři, nebo jen ti rekreační. I když vytáhnete lyže jen jednou za zimu, pořádně si to užijte! Vždyť nejde o výkony, ale hlavně o krásné výhledy a ten pocit, když se zahřejete na horské chatě u svařáku. Tady jsou ty nejlepší tipy! Červenohorské sedlo Užijte si krásy severní Moravy v zimním kabátě! Oblíbená trasa běžkařů i pěších vede z
Bold Gallery uvádí první velkou sólovou výstavu Ilony Koroman
iluxus.cz
Bold Gallery uvádí první velkou sólovou výstavu Ilony Koroman
Ještě loni byla Ilona Koroman studentkou pražské AVU, nyní v Bold Gallery chystá svou první velkou sólovou výstavu. Jejím hlavním motivem se stane klíčová dírka – úzký průzor, kterým nahlížíme do cizí
Fyzická aktivita zřejmě prospívá ženám výrazně více než mužům
21stoleti.cz
Fyzická aktivita zřejmě prospívá ženám výrazně více než mužům
Nové výzkumy naznačují, že kardiovaskulární systém žen může na fyzickou aktivitu reagovat silněji než u mužů. Zatím přitom doporučení o množství času, jaké by lidé měli týdně věnovat cvičení, byla uni
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
Trendy pro letošní rok: Jak skloubit pohodlí s chytrými technologiemi a péčí o sebe
epochaplus.cz
Trendy pro letošní rok: Jak skloubit pohodlí s chytrými technologiemi a péčí o sebe
Rok 2026 slibuje být rokem, kdy se trendy ve světě módy, technologií a životního stylu budou prolínat. Překročí hranice jednotlivých oblastí a ovlivní způsob, jakým žijeme, pracujeme i tvoříme svůj osobní styl. Nebudou to jen efektní novinky na Instagramu, půjde o hlubší změny, které reflektují naši touhu po pohodlí, individualitě a propojení digitálního světa s
Je kámen Cochno důkazem o ztracených civilizacích?
enigmaplus.cz
Je kámen Cochno důkazem o ztracených civilizacích?
Ve Skotsku je roku 1887 objeven kámen, nazvaný později Cochno. Má pocházet zdoby bronzové a obsahuje okolo 90 zvláštních rytin. Spirály, kolečka, tečky a přímky jsou vrcholným příkladem tehdejšího um
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