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
Včera jsme si připomněli Mezinárodní den ochrany ozónové vrstvy. Před 39 lety se státy světa dokázaly shodnout na něčem, co mělo skutečný dopad: Montrealský protokol pomohl zastavit používání látek, které ozónovou vrstvu ničily. Je to dobrá připomínka, že udržitelnost nemusí znamenat návrat do jeskyně. Někdy stačí jednoduše méně plýtvat. Třeba i energií. A přesně na […]
Co rozhoduje o tom, kdy strom skutečně roste? A liší se růst mladých stromků v podrostu od dospělých jedinců, jejichž koruny tvoří nejvyšší patro lesa? Právě na tyto otázky se zaměřil tým vedený Jakubem Kašparem z odboru ekologie lesa VÚK.   Mladé stromy rostoucí pod korunami jejich větších souputníků mají kratší růstovou sezonu a méně […]
Pro každou čerstvě vylíhnutou mořskou želvu začíná životní cesta zpravidla za tmy. Dospělá samice opouští oceán, pomalu se přesouvá po pláži, vyhledá vhodné místo nad hranicí přílivu, vyhloubí hnízdo a naklade vejce. Na floridském pobřeží Space Coast se tento miliony let starý přírodní cyklus každoročně opakuje v mimořádném měřítku. Jen v oblasti Archie Carr National Wildlife […]
Statistiky požárů i tisíce diagnostických testů vyvracejí tři nejčastější mýty, které stále obestírají elektromobilitu. Faktem je, že čistě elektrické vozy hoří mnohem méně často než auta s běžným spalovacím motorem, statistiky totiž zkresluje započítávání elektrokoloběžek, elektrokol či hybridů. Mnozí se také bojí rychlé ztráty kapacity baterie – dlouhodobé měření trakčních akumulátorů ojetin však ukazuje, že […]
reklama
Historie
Clípnému Frantšikovi I. se pomstil zhrzený právník
Francouzského krále Františka I. už roky trápí záhadná nemoc. Tělo má poseté boláky a den ode dne slábne. „Je to trest! Za jeho prostopášný život,“ šuškají si dvořané o záletném panovníkovi. Léčba rtutí navíc ani trochu nepomáhá. Spíš naopak.   „Kdyby každá noc byla tak sladká jako tahle,“ usměje se francouzský král František I. (1494–1547) […]
Čím dráždil kancléř Jenštejn českého krále?
Bologna, Padova, Montpellier, Paříž. Na všech těchto ve středověku proslulých univerzitách studuje Jan z Jenštejna, synek z bohaté pražské měšťanské rodiny, která se díky nákupu pozemků vyšvihla mezi šlechtu.   Když se v roce 1373 Jan z Jenštejna (†1400) vrací domů, těší se už pověsti odborníka na kanonické právo a velkého vzdělance. O tři roky později […]
3 historické tunely: Kde vlaky nahradily brambory?
Obyvatelé Litoměřic si prý stěžují, že jim chystaná železnice do Děčína znemožní přístup k Labi. Ražení tunelů na trati z Plzně do Železné Rudy je zase tak nebezpečné, že si práce vyžádají na 50 mrtvých. I tak se rodí jedny z nejstarších tunelů v Česku.   „Tak ať jezdí pod zemí!“ mají jasno občané Litoměřic. […]
Rozhodla střet smrt samotného krále?
Odrazil invazi norských Vikingů. Koncem září 1066 je král Harold II. Godwinson porazil v bitvě u Stamford Bridge a uhájil tak pro sebe anglický trůn. Na odpočinek a oslavy však není čas. Na jihu Anglie, stovky kilometrů daleko, se totiž vylodil normandský vévoda Vilém, který si také dělá zálusk na jeho korunu!   Za přetahovanou […]
Zajímavosti
Polycefalie: Opravdu víc hlav víc ví?
Dne 13. února 2009 se v texaském Frankstonu narodí dvouhlavé tele. Přežije jen pár dní. I když vzbudí pozdvižení, nejde o tak velkou vzácnost, jak by se mohlo zdát.   Dvouhlavá telata se rodí po celém světě, i když většinou mrtvá. Pokud přežijí, málokdy to zvládnou víc než pár hodin. Rekordmanem je dvouhlavé tele narozené na […]
Car-bomba: Největší jaderný výbuch v dějinách lidstva
Mraky zprůhlední oslňujícím zábleskem. Jako východ neznámého slunce se začíná zářit gigantická oranžová koule. Roste dál a výš, jakoby chtěla rozervat oblohu vedví. Chybět nebude ani nevídaná tlaková vlna, která zničí okna i v sousedních státech…   Píše se rok 1923 a v Sarovském klášteře je všechno naruby. Jedno z nejdůležitějších míst ruské pravoslavné církve kam […]
Samet: Milují ho vládci, čalouníci i módní návrháři
První zmínky o výrobě sametu pocházejí z Číny. Zpočátku se vyrábí z hedvábí, což z něj dělá extrémně drahý materiál, dostupný jen šlechtě a panovníkům. Znalosti se rozšíří do Evropy, v Itálii vzniká cech tkalců sametu už ve 13. století. A dnes? Stále si zachovává punc luxusu, elegance a sofistikovanosti.   Hebký na dotek, lesklý […]
Postrach jménem Eiger: Nejděsivější hora Evropy
Strmý kolos s názvem Eiger propichuje oblohu v nadmořské výšce 3 967 metrů a najdeme ho ve švýcarských Alpách. Není to sice nejvyšší hora Evropy, ale za to si drží punc té nejnebezpečnější a dodnes mezi horolezci budí respekt.   Může za to Nordwand alias severní stěna. Tu kvůli více než 60 zmařeným životům překřtí na […]
Záhady a napětí
Templářské tajemství na Veveří: Poklad dvanácti apoštolů
Dvanáct stříbrných soch apoštolů v životní velikosti a snad i svatý grál – to vše podle legendy leží pod hradem Veveří. Templáři zde prý po svém pádu ukryli kořist lstí odebranou moravskému knížeti. Ačkoli historici většinou krčí rameny, do podzemí se stále vydávají hledači pokladů s nadějí, že to budou právě oni, kdo učiní objev století.   […]
Legendní režisér Steven Spielberg šokuje: Věří v existenci mimozemšťanů! Má přístup k tajným materiálům?
Uznávaný režisér Steven Spielberg svým novým filmem Den odhalení, který měl nedávno premiéru i v českých kinech, vyvolal poprask. Jeho téma totiž údajně není až tak moc sci-fi, jak si mnozí myslí. Samotný režisér v existenci mimozemšťanů věří a říká, že tu možná byli vždycky!   Každý nový film legendárního režiséra Stevena Spielberga (*1946) poutá […]
Winchester Mystery House: Stavěla slavná dědička past na duchy?
Dveře se otevřou a za nimi není pokoj, ale prázdný prostor. Schodiště stoupá ke stropu a chodba se bez varování zlomí jiným směrem. V kalifornském San José stojí sídlo, které působí, jako by ho někdo stavěl podle plánů, jimž měl rozumět spíš mrtvý než živý. Byl Winchester Mystery House jen výstředním domem bohaté vdovy, nebo […]
Záhadná smrt ruského turisty: Chtěl ho zabít duch?
V květnu 2025 po pádu z devátého patra bytového domu v Thajsku umírá ruský turista. Těsně před smrtí muž prohlašuje, že ho pronásleduje „vražedný duch s vypoulenýma očima“. S tímto tvrzením se dokonce obrátí i na hlídače v budově, nikdo mu ale nedokáže pomoci. Stojí za jeho smrtí skutečně vražedný duch, nebo spíš drogy či […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Návrat Rychlíkové ke staré,  ale pořád silné lásce?
nasehvezdy.cz
Návrat Rychlíkové ke staré, ale pořád silné lásce?
Kdo by to byl čekal? O herečce známé ze seriálu Boží plán Sáře Rychlíkové (27) se dlouho mluvilo jako o nešťastnici, která má smůlu v lásce. V poslední době byla spojována nanejvýš se zadaným hercem
Řezy s drobenkou
tisicereceptu.cz
Řezy s drobenkou
Ještě předtím, než nanesete na těsto tvarohovou náplň, potřete ho džemem. Ingredience Na těsto 300 g hladké mouky 150 g změklého másla 1 vejce 100 g cukru 1 lžička nastrouhané citronové k
Zahlaďte nechtěné stopy
nejsemsama.cz
Zahlaďte nechtěné stopy
Málokterá pleť zůstane po celý život bez nějakého toho pupínku. Nevyhýbají se dokonce ani zralým ženám. Akné potrápí někoho více, někoho méně. Někdy po něm mohou zůstávat drobné, ale nepěkné jizvičky. Dá se jich zbavit? Domácí péče Jizvičky po akné mohou být malé i hlubší, začervenalé, fialové i tmavé. Pořiďte si na ně vyživující sérum s vitaminem C,
Kočka modroočka
panidomu.cz
Kočka modroočka
Je elegantní, mazlivá, přítulná jako pejsek, a dokonce dokáže i aportovat. Přitom se na vás dívá blankytně modrýma očima schovanýma v hedvábně huňatém kožíšku. Řeč je o kočce ragdoll, což v češtině znamená hadrová panenka. Nebojte se, že by kočka ragdoll byla úplně bez vlády, ale je pravda, že na klíně nebo v náručí člověka se dokonale
Ohrozí Zemi srážka s asteroidem v roce 2046?
enigmaplus.cz
Ohrozí Zemi srážka s asteroidem v roce 2046?
Asteroid velký jako šikmá věž v Pise by mohl na Valentýna v roce 2046 zasáhnout Zemi. O potenciální hrozbě kosmické srážky informovala vesmírná agentura NASA v březnu tohoto roku. Je předběžné varován
Tajemná tvář vyděsila zloděje
skutecnepribehy.cz
Tajemná tvář vyděsila zloděje
Ta vilka byla kouzelná. Koupili jsme ji za podezřele málo peněz. Brzy jsme pochopili proč. Nebydleli jsme v ní totiž sami… Po tom jsme vždy toužili. Bylo až k neuvěření, jak byl domek z devatenáctého století zachovalý a že se nám ho podařilo získat doslova za hubičku. Jako kdyby mě někdo sledoval Ulehla jsem do čerstvě povlečených peřin
Soulad podle harmonie zlatého řezu
rezidenceonline.cz
Soulad podle harmonie zlatého řezu
Vznosné křivky rezidence Habitação Áurea v regionu Amarante na severu Pyrenejského poloostrova vytvořily díky dané koncepci prostor s přirozenou rovnováhou, otevřený krajině, světlu i modernímu rodinnému životu. Neutrální barevná paleta a přírodní textury, jež byly použity v dokonalém souladu, přispívají ke klidné a sofistikované atmosféře, zatímco architektonické prvky, jako je prosklená terasa a stropy v
Svržený Bourbon našel azyl na Pražském hradě
historyplus.cz
Svržený Bourbon našel azyl na Pražském hradě
„Odejdu odtud, jen když k tomu budu vyzván!“ prohlásí Karel X. Sesazený francouzský král našel nový domov v Čechách, které si nemůže vynachválit. Navštěvuje šlechtické přátele, jezdí na hony, odpočívá v lázních a… O to víc je zklamaný, když z Vídně přijde žádost, aby Pražský hrad co nejdříve opustil!   Francouzi už mají dynastie Bourbonů
Málem zapomenutý génius
21stoleti.cz
Málem zapomenutý génius
Genetika je v současnosti uznávanou vědou, bez které se biologové či lékaři jen stěží obejdou. Samozřejmě, že i tento vědní obor má svou historii. A jeho základy položil český Němec Johann Gregor Mend
Technologicky vysoce pokročilé SUV s geny sportovního vozu:  Nový Mercedes-AMG GT SUV
iluxus.cz
Technologicky vysoce pokročilé SUV s geny sportovního vozu: Nový Mercedes-AMG GT SUV
Poprvé ve své 59leté historii vyvíjí značka Mercedes-AMG plnohodnotné SUV zcela vlastními silami a od základů. Nový Mercedes-AMG GT SUV je druhým modelem založeným na vysoce výkonné architektuře AMG.E
Největší vánoční příběhy na zámku Loučeň
epochanacestach.cz
Největší vánoční příběhy na zámku Loučeň
Vánoce jsou nerozlučně spojené se světlem, a to ať už jde o hvězdu svítící nad Betlémem nebo o jiskřičky radosti v očích dětí. Ve znamení světla se ponesou i vánoční prohlídky na zámku Loučeň. A to nejen v zámku. Od 17. listopadu do 17. ledna se na středočeském zámku Loučeň poblíž Nymburka denně koná oblíbená
Jediná buňka změnila vyšetřování. Kdy poprvé posloužila analýza DNA k dopadení vraha?
epochaplus.cz
Jediná buňka změnila vyšetřování. Kdy poprvé posloužila analýza DNA k dopadení vraha?
Pachatel odejde, zahladí stopy a doufá, že ho nikdo nikdy nedopadne. Jenže na místě činu může zanechat něco, co nevidí ani zkušený kriminalista: nepatrné množství biologického materiálu s DNA. V 80. letech 20. století se zrodí metoda, která mění vyšetřování vražd, odhaluje skutečné pachatele a někdy zachraňuje nevinné před vězením. Její první velký triumf přitom
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