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
Do Českého Švýcarska se vrátil oheň. Plameny z jara jsou sice bezpečně uhašeny, znovu ale vzplály varovné hlasy volající po krocích, které by vzrůstající riziko lesních požárů do budoucna minimalizovaly.   Lesní požáry už nejsou problémem pouze vzdáleného Středomoří. S oteplujícím se klimatem, vysušenou krajinou a desetiletími lidských zásahů se z nich stává nový evropský normál […]
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 […]
Když se narodí dítě s těžkou vrozenou vadou jícnu, neodvratně ho čeká série náročných operací a dlouhé roky zdravotních komplikací. Britští vědci nyní představili technologii, která by jednou mohla nabídnout jiné řešení. V laboratoři se jim podařilo vypěstovat funkční náhradu části jícnu, která úspěšně obstála v testech na zvířatech.   Jícen je svalová trubice, spojující […]
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 […]
reklama
Historie
Pád Maximiliena Robespierra: Zuřivého jakobína nikdo nelitoval?
V horké letní noci trpí Robespierre krutými bolestmi. Zmítá se na lůžku a hlavou mu víří kolotoč myšlenek. Když se probere z mdlob, vzpomene si na jednu z pařížských jasnovidek, kterou před lety navštívil. Prorokovala mu tragický osud. Tehdy se jí vysmál.   „Robespierre to dotáhne hodně daleko,“ prohlásil o něm jiný významný francouzský revolucionář, Honoré de Mirabeau […]
Vařila prvorepubliková hospodyně podle sandtnerek?
Hospodyně Františka přemítá, co bude dneska vařit. Pracuje v rodině pana rady a ten má mlsný jazýček. Zalistuje proto rychle v jedné ze „sandtnerek“.    „Zaplaťpánbůh, že už nemusíme chodit s lístky,“ povzdechne si směrem ke služce, kterou má v kuchyni k ruce. Ještě v prvních letech nové republiky fungoval kvůli nedostatku zboží přídělový systém. […]
Úchvatné tiáry britské královské rodiny: Svatební klenot Alžbětě II. praskl
Budoucí královna Alžběta II. se 20. listopadu 1947 vdává za svého vyvoleného Filipa Mountbattena. Aby měla na obřad ve Westminsteru podle tradice „něco vypůjčeného“, její matka jí věnuje jedinečný šperk ze své soukromé kolekce – diamantovou tiáru královny Marie.   „Je to ošklivá špičatá tiára,“ zhodnotil klenot britský politik Sir Henry Channon (1897–1958), když si […]
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 […]
Zajímavosti
Ledová expedice: Jak dostat kostku ledu na Saharu
Arktický mráz, tři tuny ledu, jedno auto, tisíce kilometrů, písek a tropické vedro. To je ve zkratce zdánlivě nesplnitelná výzva, která se promění v úžasné dobrodružství a důkaz, že nic není nemožné.   Vše začíná na podzim 1958 jako hec. Rádio Luxembourg přichází s neobvyklou výzvou. Tomu, kdo dokáže dopravit ze severního polárního kruhu na […]
Smola: Voňavé a léčivé slzy stromů
Když se v lese přiblížíte k jehličnanům, můžete ucítit zvláštní vůni. Vychází z lepkavé látky, která vytéká z poraněného kmene. Kdysi lidé věřili, že právě v ní je síla stromu. Smola také patří k nejstarším surovinám, s nimiž lidstvo pracovalo.   Chrání strom před infekcí, hmyzem a vysycháním. Dá se říct, že je to přírodní […]
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 […]
Záhady a napětí
Tragédie v Aberfanu: Předpověděla dívka smrtící sesuv půdy?
Ráno odchází do školy jako tisíce jiných dětí. Ještě předtím se ale svěří matce s podivným snem. Ve škole, kterou dobře zná, tentokrát nevidí budovu ani spolužáky. Místo nich se před ní tyčí cosi temného. O několik hodin později je mrtvá. Mohla devítiletá   Zahlédla vlastní osud? Dne 21. října 1966 se velšská vesnice Aberfan […]
Upírka z Dunaje: Žena, která chodila po vodě
Je pozdní noc a po hladině Dunaje kráčí žena. Neklesá, nezanechává vlny a pohybuje se tiše, jako by černá voda pod ní byla dlažbou. Muž, který ji z břehu pozoruje, ji údajně poznává, jenže Ruža Vlajna má být v tu chvíli mrtvá celé století. Vesnice Kisiljevo v severovýchodním Srbsku má s upíry nevyřízené účty.   […]
Poltergeist od Rudňan: Záhadné kamenování odnikud!
Kámen dopadl na hladinu řeky bez zvuku, jako by se samotná voda rozhodla mlčet. Mladší z chlapců bolestně strhl ruku, ale další úder ho zasáhl dříve, než si vůbec uvědomil pohyb: tiše, nelidsky přesně. „Odkud…?“ zachrčel starší student, ale v houštině na břehu nebyl nikdo, kdo by po nich mohl cokoliv házet. A když se […]
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 […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Bramborovo-sójová miska s vejcem
tisicereceptu.cz
Bramborovo-sójová miska s vejcem
Hodí se na pozdní snídani, takzvaný brunch. Suroviny na 4 porce 4 brambory vařené ve slupce 250 g sójového granulátu 1 kostka masového vývaru 2 stroužky česneku 4 vejce olej sůl pepř maj
Připadám si zase krásná
skutecnepribehy.cz
Připadám si zase krásná
Když jsem po letech potkala svoji studentskou lásku, Jiřího, zjistila jsem, že se i v seniorském věku dokážu červenat jako dospívající dívka. Ještě nedávno byl můj život uspořádaný jako krabice se starými krajkami. Rána patřila kávě a luštění křížovek, spíše ze zvyku než z potřeby si bystřit mozek. Občas se zastavila dcera s vnoučaty. Ta na chvíli udělala v bytě chaos a
Časté mýty v péči o zuby
panidomu.cz
Časté mýty v péči o zuby
Mít krásné zuby chce každý. A tak většina lidí o ně pečuje. I stomatologie pokročila a umí téměř zázraky. Přesto se některé mýty, které se tradují, nedaří vyvrátit. Které?   Večer místo čištění snězte jablko Jedna z nejoblíbenějších pověr už z časů našich babiček, kterou se rozhodně nevyplatí praktikovat. Jablko opravdu zuby nevyčistí. Obsahuje sacharidy,
Grilované kuřecí špízy s dipem
nejsemsama.cz
Grilované kuřecí špízy s dipem
Šťavnaté kuřecí špízy se zeleninou patří mezi favority pro zahradní oslavy, neboť jsou lehké a hodí se k vínu i domácí limonádě. Ingredience pro 4 osoby: ● 600 g kuřecích prsou ● 1 červená a 1 žlutá paprika ● 1 červená cibule ● 150 g cherry rajčat ● 3 lžíce olivového oleje ● 1 lžička sladké papriky ● 2 stroužky česneku ● sůl ● pepř Na dip: ● 200 g řeckého jogurtu
Snaží se Neužil zachránit manželství?
nasehvezdy.cz
Snaží se Neužil zachránit manželství?
Co nám tají herec ze seriálu Metoda Markovič Václav Neužil (46)? Modrooký fešák se prořekl, že musí docházet na terapie. Kvůli jakýmsi svým vnitřním problémům. Podle jeho tvrzení má potíž s tím, že
Krveprolití na Dukle: Našel si Koněv obětního beránka?
historyplus.cz
Krveprolití na Dukle: Našel si Koněv obětního beránka?
„Jednou jsi nahoře, podruhé dole, i takovou podobu má válka,“ pomyslí si Jan Kratochvíl. Právě se dozvěděl, že už není velitelem svého armádního sboru. Ne, nechce neúspěch házet na jiné, pocitu křivdy se ale neubrání. O jeho schopnosti tu ovšem nejde. Sověti zkrátka musejí najít viníka…   Generál Heliodor Píka (1897–1949), velitel mise Československé armády
Zvířecí dobroty: Proč patří ke králíkům mrkev?
epochaplus.cz
Zvířecí dobroty: Proč patří ke králíkům mrkev?
Opice si dá banán, ježek jablko, myška sýr. A co zajíc či jeho blízký kolega králík? Ti si samozřejmě pochutnají na mrkvi! Proč jsou podobné představy o potravě zvířat často spíš mýty? Pokud máte doma králíka, mrkev mu dát můžete. A nejspíš mu i bude chutnat, ovšem měl by ji mít jen jako občasný pamlsek.
Každý 25. z nás nosí v genech skryté riziko. Většina o něm nikdy neuslyší
21stoleti.cz
Každý 25. z nás nosí v genech skryté riziko. Většina o něm nikdy neuslyší
Geny jsou zvláštní archiv. Pamatují si příběhy našich předků po tisíce generací a občas v nich zůstane i chyba, která se tiše dědí dál. Je nenápadná. Nepůsobí bolest ani únavu. Člověk o ní nemusí vědě
Vodní hladina otisknutá do křišťálu
iluxus.cz
Vodní hladina otisknutá do křišťálu
Sklářský výtvarník František Jungvirt přichází s volným pokračováním svých autorských sběratelských kolekcí Garden Unique a rozšiřuje ji nyní o dva sběratelské unikáty s podtitulem Aquatic. Objekty z
Věděli Američané o útoku na Pearl Harbor dopředu?
enigmaplus.cz
Věděli Američané o útoku na Pearl Harbor dopředu?
Ohlušující výbuch otřese Pearl Harborem. Je ráno 7. prosince 1941 a japonský útok mění americkou námořní základnu v peklo. Torpéda posílají lodě ke dnu, hladinu pokrývá hořící nafta a začíná jeden z n
Prostor, který roste s dítětem
rezidenceonline.cz
Prostor, který roste s dítětem
Je to svět, který se vyvíjí a proměňuje od prvních dětských krůčků až po dospívání. Správně navržený pokoj podporuje bezpečí, kreativitu, soustředění i odpočinek a reaguje na každou etapu života a specifické potřeby dítěte. Pro nejmenší je klíčová jednoduchost, měkkost a bezpečí, proto by pokoj miminka měl působit především klidně a útulně. Předškolní věk je
8 důvodů, proč letos v létě vyrazit do Madonna di Campiglio
epochanacestach.cz
8 důvodů, proč letos v létě vyrazit do Madonna di Campiglio
Dolomity umí být dramatické, ale málokde je jejich krása tak snadno dostupná jako v oblasti Madonna di Campiglio. Stačí pár minut v lanovce a ocitnete se mezi skalními věžemi, horskými jezery a nekonečnými výhledy. Přinášíme tipy na osm zážitků, kvůli kterým stojí za to naplánovat si letní dovolenou právě sem. Madonna di Campiglio uhrane každé
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