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 otevírá další kapitolu v proměně nákladní dopravy. Švédský výrobce oznámil obří investici do nových pohonných technologií, které mají urychlit dekarbonizaci dopravy a zároveň zachovat flexibilitu pro různé trhy po celém světě. Vedle nové generace elektrických kamionů s dojezdem až 700 kilometrů přichází také zcela nová platforma spalovacích motorů připravená na obnovitelná paliva i […]
V temných hlubinách oceánu, kam nikdy nepronikne sluneční světlo, našli vědci něco mimořádného. Na dně jihovýchodního Indického oceánu se rozprostírá obrovské „velrybí pohřebiště“ – místo, kde se po miliony let hromadily kostry velryb. A přestože jde na první pohled o říši smrti, ve skutečnosti zde bují překvapivě bohatý život. Mezinárodní tým vědců objevil tuto podmořskou […]
Výlet do australské přírody může na věci neznalého turistu působit jako idyla: Žádné velké šelmy, možná jen pozor na hady. Jenže také na jedovaté pavouky a štíry a co už tuší málokdo, i na nenápadný keř se srdčitými listy. Stačí letmý dotyk a ozve se pronikavá bolest, která přetrvává i týdny.   Nenápadný tento keř […]
Odpověď na otázku v titulku není jednoznačná. Výbuch atomové bomby v Hirošimě i pozdější jaderné katastrofy způsobené člověkem sice ukázaly, že silné dávky ionizace zabíjejí a že slabší a dlouhodobé záření poškozuje DNA. Přesto není stále zcela jasné, nakolik se mutace vzniklé ozářením přenášejí na potomstvo.   Před pěti lety, těsně před 35. výročím výbuchu Černobylské jaderné […]
reklama
Historie
Dal si doutníkový magnát postavit hrad jako z pohádky?
Střední Evropu v roce 1241 zle poplení Mongolové. Později obávaní kočovníci sice odtáhnou, všichni ale počítají s jejich návratem. Václav I. proto začne jednat. Na další případné řádění barbarů z východu se chce pečlivě připravit!   Český král Václav I. (1205–1253) přijme opatření, která mají posílit obranu jeho království. Zajistit hodlá především severní hranici. Na […]
Odepřela Akademie kardinálovi poslušnost?
Není příliš rozumné zkoušet před kardinálem Richelieuem něco utajit. První ministr se dříve či později dozví o všem a s potenciálními spiklenci umí rázně zatočit.   Od roku 1629 se setkávají v pařížském domě spisovatele Valentina Conrarta (1603–1675). Diskutují o literárních dílech. Nikomu se tím ale příliš nechlubí. Někdo by jejich spolek klidně mohl považovat za nelegální. […]
Zvrhla se lidová zábava v masakr?
Lidé se tlačí u amsterdamského kanálu. Mladý muž se z plující loďky snaží sundat živého úhoře zavěšeného nad hladinou na laně. Zavrávorá a padá do vody. Diváci křičí a smějí se.   Nevinná pouliční zábava, dalo by se říct. V nizozemských městech má svou tradici, hlavně v lidových čtvrtích. Aspoň na chvilku se při ní můžou […]
Vznikl symbol sjednocení Itálie na jatkách?
„Jedna z nejpřekvapivějších vojenských akcí našeho století.“ Přesně tak hodnotí americký list The New-York Tribune v roce 1860 dobytí sicilského Palerma. Na jeho počátku přitom stála zhruba tisícovka Červených košil, které vedl do boje slavný italský revolucionář Giuseppe Garibaldi.   Pro své skálopevné přesvědčení o nutnosti sjednotit Itálii se nejednou ocitl v hledáčku úřadů i […]
Zajímavosti
Kde se vzalo námořnické tetování?
Do přístavu připlouvá loď, a jakmile zakotví, na souš se vyhrnou námořníci, aby utišili žízeň i chtíč. Jdou oním zvláštním houpavým krokem. A kdyby je někdo nepoznal podle toho, napoví mu potetované paže. Námořnická kérka je totiž něco jako uniforma.   Tetování jako takové má velmi hlubokou minulost. Tetovaný je už pračlověk Ötzi, který zemřel […]
Knír: Symbol intelektuálů, vlastenců i diktátorů!
Naše pravěké předky můžeme z módní přehlídky knírů rovnou vyškrtnout, protože historici se shodují, že za jedním z nejstarších knírů musíme až do starověkého Egypta.   Najdeme ho na soše egyptského prince Rahotepa, jenž žil ve 26. století před naším letopočtem! Není to ale něco obvyklého, proto právě obyvatelé ze stínu pyramid dbají na hygienu a kompletně holí […]
Když děti rodí děti: Nejmladší matce bylo 5 let
„Proč má naše dcera tak velké břicho?“ říkají si manželé z peruánské vesničky Ticrapo a raději vezmou malou Linu do nemocnice. Nemá ale v břiše nádor, jak se obávali, ale sedmiměsíční plod!   Ve věku 5 let, 7 měsíců a 21 dnů porodí Lina Medina (*1933) císařským řezem syna. Je 14. května 1939 a malá Peruánka […]
Stěračová válka: Jedno mrknutí – a všechno je jinak
„Jak to myslí, že nemají zájem? Vždyť byli nadšení!“ Robert Kearns je na dně. Automobilka právě odmítla jeho inovaci stěračů. Jenže již roku 1969 vyjíždějí z fabriky první modely s Kearnsovým zlepšovákem. Začíná spor, kterému génius obětuje vše – čas, rodinu i sám sebe.   Američan Robert William Kearns (1927–2005), který během vlastní svatby přijde […]
Záhady a napětí
Slavná duchařská fotografie z Newby: Modlí se u oltáře přízračný mnich?
Záhadný snímek pořízený v roce 1963 zachycuje cosi zvláštního. Někteří věří, že poloprůhledná postava stojící u oltáře je duch mnicha ze 16. století s bílým závojem přes obličej, který pravděpodobně zakrývá lepru nebo jiné znetvoření. Jiní jsou skeptičtí a považují vše za podvod. Jak vlastně vznikla jedna z nejslavnějších duchařských fotek?   Moderní vyšetřovatelé paranormálních […]
Dávná sekta Therapeutů: Ovlivnila základy křesťanství?
Na břehu egyptského jezera Mareotis nedaleko Alexandrie žije na přelomu letopočtu uzavřená komunita mužů a žen. Každý obývá vlastní celu, kde se věnuje modlitbě, meditaci a studiu textů, a někdy dlouhé dny nic nepozře. Pro skupinu se ujme název Therapeuté, a přestože zřejmě hluboce ovlivní křesťanství, vůbec nic o nich nevíme…   Jediným svědkem existence […]
Před 70 lety americká města pokryla záhadná mlha. Byl to tajný vojenský experiment!
Desítky měst v USA a Kanadě opakovaně zahaluje hustá, chemikáliemi páchnoucí mlha…Na kůži tomu, kde se do ní vydá, ulpívá zvláštní substance neznámého původu, stejná látka pokrývá také silnice, auta či střechy domů a lidé hlásí různé zdravotní potíže včetně pozdější rakoviny. O 70 let později pravda o původu této mlhy vychází najevo. Víme ale […]
Přízraky hradu Dobré naděje děsí noční strážce
V historické pevnosti v Kapském městě bylo za posledních více než sto let pozorováno hned několik záhadných přízraků. Setkání s nimi jsou tak častá a děsivá, že se noční hlídači některým místům komplexu při obhlídkách po setmění raději vyhýbají. Komu duchové patří a jak se jejich přítomnost projevuje?   Mys Dobré naděje je jedním z […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Jemný, voňavý dotek vaši pleť potěší
nejsemsama.cz
Jemný, voňavý dotek vaši pleť potěší
Drobný kvítek toho umí víc, než by se na první pohled zdálo. Heřmánek se už dávno stal jedničkou přírodní kosmetiky. Heřmánek kvete od května až do konce léta, je tedy ideální čas si ho za slunného dne nasbírat a usušit do zásoby. Sušte ho na sítech na temném, vzdušném a teplém místě, nejlépe v průvanu. Heřmánek je plný
Precizní geometrie organického klidu
rezidenceonline.cz
Precizní geometrie organického klidu
Spojením přesných linií a textury dřeva se zrodil elegantní interiér, doslova dýchající pohodou, klidem a komfortem. Apartmá v srdci luxusního rezidenčního komplexu dává s lehkostí splynout dokonalé architektuře s jemným emocionálním laděním. Interiér tohoto projektu představuje výjimečný příklad souznění stylu, designu a komfortu, přičemž do samotného řešení prostoru se promítají dobře čitelný architektonický koncept a
Na romantiku čeká Arichteva marně. Přestala muže bavit?
nasehvezdy.cz
Na romantiku čeká Arichteva marně. Přestala muže bavit?
Tohle si herečka nezasloužila. Jak se kráska ze seriálů O mě se neboj či Policie Modrava Veronika Arichteva (40) svěřila, moc ráda by se svým manželem, režisérem Biserem Arichtevem (49), opět zažila c
Exkurze do dějin na zámku Benátky nad Jizerou
epochanacestach.cz
Exkurze do dějin na zámku Benátky nad Jizerou
Dominantou města je barokní zámek Benátky nad Jizerou, v jehož zdech se psaly dějiny a pobývali skuteční velikáni. Fenomenální dánský astronom Tycho Brahe tu prováděl svá slavná astronomická měření a za zavřenými dveřmi laboratoří hledal elixíry pro lidstvo. Došlo zde i k osudové spolupráci s jeho přítelem, slavným Janem Keplerem. Tímto historickým setkáním je inspirována
Golf v horkém srdci Benátska
iluxus.cz
Golf v horkém srdci Benátska
Každý, kdo miluje Itálii, zná ten pocit: konečně za sebou necháme Brennerský průsmyk, projedeme Alpy, a hory najednou vystřídá naprostá rovina, která sahá až k horizontu – a zde už začíná Benátsko a s
I psí senior správnou péčí omládne
panidomu.cz
I psí senior správnou péčí omládne
U čtyřnohých mazlíčků je to stejné jako u lidí. Na některém jsou přibývající léta znát hned na první pohled, u jiného dlouho nic nezaznamenáte. Přesto byste si měli staršího psa více všímat, aby vám neunikly důležité signály, že něco není v pořádku. Včasná péče mu může prodloužit i zkvalitnit život.   Hůře tráví U starších
Nikdy není pozdě se učit nové věci
skutecnepribehy.cz
Nikdy není pozdě se učit nové věci
Měla jsem dva obrovské mindráky, které jsem cítila už od dětství. Neuměla jsem jezdit na kole a plavat. Každé dítě v naší vsi umělo plavat, protože celé prázdniny jsme trávili u místního rybníka nebo na koupališti. Nejspíš proto jsme nechodili ve škole na plavání. Také jsme jako holky neměly ve škole vaření. Holky ze vsi umějí přece
Grilované žampiony s bylinkami a česnekem
tisicereceptu.cz
Grilované žampiony s bylinkami a česnekem
Suroviny 10 středně velkých žampionů 1 olivový olej 3 až 4 stroužky česneku sůl a pepř sušený tymián, drcený kmín Postup Žampiony nejprve důkladně omyjeme, očistíme a zbavíme nožiček. Dál
Strážci Eilean Mòr: Kam zmizeli tři muži z opuštěného majáku?
enigmaplus.cz
Strážci Eilean Mòr: Kam zmizeli tři muži z opuštěného majáku?
Na osamělém ostrově u skotského pobřeží stál maják, jehož světlo mělo námořníkům ukazovat bezpečnou cestu. V prosinci 1900 však náhle zhaslo. Když k ostrovu dorazila zásobovací loď, nenašla po třech s
Sucho mění Zemi v poušť. Nejhorší bylo v roce 1540
epochaplus.cz
Sucho mění Zemi v poušť. Nejhorší bylo v roce 1540
Katastrofální vlny sucha představují pro lidskou civilizaci mnohem plíživější a ničivější hrozbu než náhlé povodně nebo ničivá zemětřesení. Když z oblohy po dlouhé měsíce nespadne ani kapka vody a slunce nemilosrdně spaluje úrodu, mění se kvetoucí krajina v prach a nastává boj o holé přežití. Historie lidstva je protkána obdobími, kdy fatální nedostatek vláhy rozvrací
Gepardi v Zoo Praha: V přírodě už jsou jich jen tisíce, v Troji se narodila paterčata
21stoleti.cz
Gepardi v Zoo Praha: V přírodě už jsou jich jen tisíce, v Troji se narodila paterčata
Gepard štíhlý je bezesporu ikonickou kočkovitou šelmou. Charakteristické jsou pro něj černé „slzy“ pod očima. Lidé jej znají především díky obdivuhodné rychlosti, kterou při pronásledování kořisti dok
Baťův dělník musel dbát i na osobní hygienu
historyplus.cz
Baťův dělník musel dbát i na osobní hygienu
V rychlosti posnídá černý chléb s meltou a už pádí do práce. Směna mu začíná přesně v sedm hodin a pan šéf nedochvilnost nestrpí… Vysoké nároky Petr je vyučený švec, a tak to s přijetím do firmy Baťa měl trochu jednodušší než ostatní uchazeči o práci. I on ale musel projít náročným výběrovým řízením. Ještě
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