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 představuje novou generaci elektrických nákladních vozidel, která výrazně rozšiřuje možnosti bezemisní dopravy. Nové modely přinášejí vyšší výkon, větší flexibilitu i delší dojezd – v případě dálkového tahače až 700 kilometrů na jedno nabití. Automobilka tak reaguje na rostoucí poptávku po elektrifikaci i v segmentu těžké dopravy. Volvo Trucks dlouhodobě patří mezi lídry v […]
Mezinárodní tým vědců publikoval v prestižním časopise Nature Communications studii, která ukazuje, že mozek dětí narozených s rozdílem horní končetiny prochází výraznou reorganizací už v raném věku. Na výzkumu se podíleli také vědci z Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze (FEL ČVUT), kteří vyvinuli výpočetní model vysvětlující mechanismus těchto změn.   Studie s názvem Global remapping […]
Náš vnitřní sexuální svět může být klíčem k odhalení našich povahových rysů i náchylnosti k určitým duševním stavům. Nová studie naznačuje, že časté snění o sexu není jen otázkou libida, ale úzce souvisí s neurotičností.   Vědci z Michiganské státní univerzity se rozhodli prozkoumat, co se skrývá za našimi nejtajnějšími představami. V rozsáhlém průzkumu mezi […]
Rakovina plic představuje dlouhodobě jedno z nejobávanějších a nejzákeřnějších onkologických onemocnění. V počátečních stádiích se totiž většinou nijak neprojevuje příznaky, pacienti tak často přicházejí k lékaři až s pokročilým onemocněním.   Zatímco hlavním a nezpochybnitelným rizikovým faktorem zůstává kouření tabáku, nejnovější vědecké poznatky ukazují, že naše plíce mohou ohrozit i prodělané těžké virové infekce. Podle […]
reklama
Historie
Nechal stvořitel Pinocchia svého hrdinu zemřít?
Pohrdne povoláním kněze, je zklamán politikou a sám velkovévoda mu zruší noviny. Pak ale najde smysl života a napíše jednu z nejobdivovanějších dětských knížek na světě.   Dlouho nic nenasvědčuje tomu, že by se z Carla Lorenziniho (1826–1890) z Florencie měla stát světová celebrita. Jeho matka Angiolina pracuje jako švadlena, otec Domenico je kuchař a z Carlových deseti sourozenců […]
Čekal Paganini na pohřeb 26 let?
Vysoký, černě oděný muž s uhrančivýma očima na pódiu opět uchvacuje svou houslovou hrou publikum. „Spolčil se s ďáblem!“ šuškají si diváci. Uvěří tomu i církev, která pak bude zesnulému virtuosovi dlouhá léta upírat křesťanský pohřeb.   Od chvíle, kdy devítileté zázračné dítě jménem Niccolò Paganini (1782–1840) nadchne svou virtuózní hrou na housle publikum janovského Velkého divadla, […]
Změnilo Freudův život stipendium v Paříži?
Dlouhá léta odmítá brát léky proti bolesti. „Musím bádat s čistou hlavou,“ tvrdí. Pak ale nastane chvíle, kdy už nemůže dál, a poslední dávka morfinu je pro něj vysvobozením.   Původ zakladatele psychoanalýzy Sigmunda Freuda (†1939) je vskutku internacionální. Na svět přichází 6. května 1856 v moravském Příboru v německy mluvící rodině původem z polské Haliče. Už v dětství […]
Zaskočila první doktorka kardinála?
Katedrála v italské Padově je narvaná k prasknutí. Kromě pedagogů a studentů zdejší univerzity se tu tísní učenci z dalších významných institucí na Apeninském poloostrově. Všichni napjatě poslouchají zhruba hodinový projev drobné ženy, která v latině řeční na téma Aristotelova díla.   Narodila se do bohaté a urozené benátské rodiny, jejíž příslušníci již po léta […]
Zajímavosti
Pámelník bílý: Jedovatá krása, praskající pod botou
Bílé kuličky na podzim lákají k utržení. A ještě víc k tomu, abyste na ně šlápli a těšili se z tichého lupnutí. Tato ozdoba parků i divokých strání je půvabná, ale i trochu záludná. Zatímco zvířata si na ní ráda pochutnají, lidé by měli být obezřetní. Ale indiáni z jejích větví dělají dýmky i šípy! […]
Panamský průplav: Technický zázrak a hrob tisíců lidí
Propojí dva oceány a ušetří lodím 12 000 km dlouhou plavbu kolem Jižní Ameriky. Cesta k úspěchu je ale draze vyplacena. Stane se sice inženýrským triumfem, ale také masovým hrobem tisíců bezejmenných dělníků.   Panamská šíje odděluje Atlantský a Tichý oceán. Ve svém nejužším místě je necelých 50 km široká. Nápad prokopat ji a ušetřit […]
New Yorku: Od bažin po metropoli, která nikdy nespí
Americká metropole východního pobřeží poskytuje útočiště 8,5 milionu obyvatel. Skromná osada se za více než 400 let transformuje v pulzující velkoměsto.   Klid indiánského života nejprve naruší anglický objevitel Henry Hudson (?1565–1611). Na kalendáři se tehdy skví letopočet 1609. Prim však hrají Holanďané, kteří se záhy usadí na dnešním jihu Manhattanu. Mokřady a lesy vnímají jako […]
Cukr: Zdroj energie, nebo zrádný jed?
Chuť na něco „dobrého“ občas pocítí téměř každý. Naše buňky jsou totiž závislé na energii z cukru, takže vrozená slabost pro sladké má své biologické opodstatnění. Běžný cukr – sacharóza – je však dnes často démonizován jako „bílý jed“. Ale zaslouží si tuto nálepku?   Před tisíci lety lidé získávají cukry hlavně z ovoce, medu […]
Záhady a napětí
Zázrak z jihu Francie: Má voda z prastaré rakve léčivou moc?
V malé francouzské osadě Arles-sur-Tech se nachází kamenný sarkofág, který už po staletí mate poutníky i vědce. Každý den se v něm objevuje jeden až dva litry čisté vody, přestože není napojen na žádný pramen. Věřící ji považují za svatou a připisují jí léčivé účinky. Vědci zase hledají přirozené vysvětlení tohoto podivného jevu. Co se […]
Má pramen Klokočka zázračnou moc?
Ukrytý v lesích mezi Mnichovým Hradištěm a Bělou pod Bezdězem vyvěrá pramen, ke kterému si lidé chodí nejen pro vodu, ale také pro uzdravení. Voda z Klokočky má podle tradice léčivé účinky a už prý vykonala několik zázraků. Přesto nemá statut ani lázeňské lokality, ani nijak vyhledávaného místa. Má opravdu nějaké zvláštní účinky, které opomíjíme?   Místní […]
vý poklad amerického mafiána: Je dodnes ukryt někde v horách?
V amerických horách Catskill se podle legendy skrývá jeden z největších pokladů z dob mafie. Zločinec Dutch Schultz měl před svou smrtí ukrýt miliony dolarů v hotovosti a dluhopisech do speciálního trezoru. Přestože se po něm pátrá už téměř sto let, nikdo ho zatím nenašel. Je skutečný, nebo jde jen o příběh z temného světa […]
Křikloun z amerického White Bluff: Prastarý netvor z hlubin lesa?
V hlubokých lesích amerického Tennessee údajně občas po setmění zazní zvuk, z nějž tuhne krev v žilách. Nejde o vytí vlka ani o křik ptáka, ale o cosi, co prý připomíná pronikavý ženský nářek. Podle více než sto let staré legendy jej vydává bytost přezdívaná Křikloun. Co má být zač a kde se v lese vzala? Zjistěte to společně […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Sebevědomá kněžna hned dvakrát ubránila Pražský hrad
historyplus.cz
Sebevědomá kněžna hned dvakrát ubránila Pražský hrad
Nemá to špatně vymyšlené. Počká, až kníže Bedřich odjede do Říše, a pak se svým vojskem oblehne Pražský hrad. Svržený Soběslav však vládu nad českým knížectvím nazpět nezíská. Podcenil totiž Bedřichovu energickou manželku, která jeho útok odrazí. Přemyslovský kníže a pozdější český král Vladislav II. (kolem r. 1110–1174) chce posílit vztahy s uherským panovníkem Gejzou
Překvapení roku. G-Shock slaví 140 let značky Coca-Cola
iluxus.cz
Překvapení roku. G-Shock slaví 140 let značky Coca-Cola
Coca-Cola a G-SHOCK právě udělaly něco, co by normálně znělo jako nápad člověka po třetím bourbonu v tokijském karaoke baru. Vzaly nejodolnější digitální hodinky planety a oblékly je do estetiky limon
Plevel ovládl váš trávník? Možná děláte tuhle zásadní chybu
rezidenceonline.cz
Plevel ovládl váš trávník? Možná děláte tuhle zásadní chybu
Pokud váš trávník po zimě připomíná spíš flekatý koberec než lákavý zelený porost, není to náhoda. Jaro vždy nemilosrdně odhalí místa, kde plevel využil náskok, který získal ještě před začátkem sezóny. Dobrou zprávou je, že právě teď máte šanci změnit pravidla hry. Když půda volá o pomoc Důvod, proč se plevele na jaře chovají životaschopněji
Vajíčková pomazánka s majonézou
tisicereceptu.cz
Vajíčková pomazánka s majonézou
Dokonalá svačinka nejen pro děti Suroviny na 4 porce ½ cibule 1 menší sklenice majonézy 1 lžíce plnotučné hořčice 1 kyselá okurka 6 vajec natvrdo Postup Uvaříme šest vajec natvrdo, n
Horor v močálu Hockomock: Způsobuje indiánská kletba děsivé paranormální jevy?
enigmaplus.cz
Horor v močálu Hockomock: Způsobuje indiánská kletba děsivé paranormální jevy?
Duchové, děsivá monstra, tajemná světla, záhadná zmizení, nevysvětlitelná úmrtí, mrzačení dobytka a další paranormální jevy. Kolem močálu Hockomock byl zaznamenán snad každý druh záhadných úkazů, na k
Rozvod Tomešové a hned další svatba? S kým asi?
nasehvezdy.cz
Rozvod Tomešové a hned další svatba? S kým asi?
Konec jedné pohádky a začátek další? Krize v manželství herečky ze seriálu ZOO Nové začátky Michaely Tomešové (34) a herce známého ze seriálu Slunečná Romana Tomeše (38) se poslední dobou skloňuje čím
Kouzelné kytičky ze zbytků látek
panidomu.cz
Kouzelné kytičky ze zbytků látek
Původní tradiční japonská technika zvaná kanzashi sloužila k výrobě ozdobných spon do vlasů. Vy si s její pomocí můžete ze zbytků látek vyrobit roztomilé textilní kvítky. Technikou skládání kousků látek do tvaru květů si vytvoříte krásné šperky, ozdoby na šaty i na kabelky nebo polštářky. Chce to jen malinko praxe. Textilní kytičky vyrobíte i z těch nejmenších zbytků
Po stopách historie: Vojensko-historické zájezdy které mění pohled na dějiny
epochanacestach.cz
Po stopách historie: Vojensko-historické zájezdy které mění pohled na dějiny
Cestování může mít mnoho podob. Někteří hledají odpočinek u moře, jiní poznávají města a kulturu. Existuje ale i třetí skupina cest která spojuje cestování s hlubším pochopením historie. Právě na tento typ poznávání se zaměřuje CK Praděd která organizuje vojensko-historické zájezdy po Evropě i zámoří. Tyto cesty neukazují jen krásná místa ale především lokality kde
Nešťastné ženě pomohli krásní motýlci
skutecnepribehy.cz
Nešťastné ženě pomohli krásní motýlci
Prodavačka byla zoufalá a nemohla v prodejně se starožitnými věcmi vydržet. Byla velmi citlivá. Naštěstí jsme jí mohli pomoci a její duše pookřála. S dcerou máme společné hobby, a tím je procházet starožitnictví. Jednou jsme proto navštívily obchod se starožitným nábytkem v Praze. S nadšením jsme tu chodily, každou zaujalo něco jiného. Jak jsem tak upadla do zamyšlení, měla jsem náhle dojem,
Česnekové krevety s těstovinami
nejsemsama.cz
Česnekové krevety s těstovinami
Rychlé těstoviny s krevetami jsou výtečné a připravíte je během krátké chvíle. Na 2 porce potřebujete: ✿ 200 g těstovin ✿ 24 krevet ✿ 1 stroužek česneku ✿ 1 lžíci olivového oleje ✿ 50 ml bílého vína ✿ špetku chilli ✿ sůl, pepř ✿ 1 lžíci limetkové šťávy ✿ čerstvou bazalku nebo petrželku 1. Těstoviny uvařte v osolené vodě podle návodu na obalu al dente. Pak
Hodina má 60 minut, minuta 60 vteřin: Odkdy a proč tomu tak je?
21stoleti.cz
Hodina má 60 minut, minuta 60 vteřin: Odkdy a proč tomu tak je?
Šlo o systém, který fungoval věky. Nikdo se neptal, proč má týden sedm dní a jeden den 24 hodin. Prostě to tak bylo. Jenže pak se kdosi rozhodl, že to bude jinak. Že desítková soustava dává větší smys
Bývalou drogovou šéfku odklidí z cesty zabiják na motorce
epochaplus.cz
Bývalou drogovou šéfku odklidí z cesty zabiják na motorce
Jen co zabouchne dveře řeznictví a odvrátí hlavu od těhotné snachy, zamrzne ji krev v žilách. Opodál stojí muž s helmou na hlavě. Krutý závěr života, který připravovala ostatním, teď čeká ji. Dva výstřely ji zasáhnou přímo do hlavy. Od něžného pohlaví čeká člověk laskavý a až mateřský přístup. Pro Griseldu Blanco (1943–2012) to ale neplatí.
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