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 vzdáleného Středomoří. S oteplujícím se klimatem, vysušenou krajinou a desetiletími lidských zásahů se z nich stává nový evropský normál – a […]
Představte si pandemii, trvající 15 milionů let. A představte si, že se netýká jednoho druhu, ale protkává větší část stromu života různě příbuzných druhů savců. A nakonec si představte, že je tato pandemie tak významná, že zanechala svou stopu i v našem vlastním genomu.   Viry s námi i ostatními organismy koexistují už po miliony let a […]
Plných 810 km za pouhých 10 hodin, bez nabíjení – to je výsledek nového českého rekordu s plně elektrickým vozem Mercedes-Benz CLA. Na průběh dohlížela agentura Dobrý den a oficiálně jej zaznamenala jako český rekord dosažený elektromobilem.   Trasa vedla napříč republikou z Vystrkova přes Brno, Ostravu a Hradec Králové byla záměrně zvolena tak, aby […]
Kdy a jak začala planeta Země fungovat, tak jak ji známe dnes? Tým geologů z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy spolu s vědci z Geologického ústavu Akademie věd ČR a České geologické služby přichází s novým objevem, který přispívá do debaty o počátcích pohybů kontinentů. Ve studii publikované v mezinárodním časopise Precambrian Research vědci prokázali, že […]
reklama
Historie
Jindřich II. za svou vášeň pro rytířské turnaje zaplatil životem
Ozve se dunivá rána a koňské zaržání. Král Jindřich II. se zakymácí a na konci kolbiště vypadne ze sedla. Hlavu má posetou dřevěnými úlomky a tvář zalitou krví. Při pohledu na tu hrůzu dvorní dámy vykřiknou. Panovníkova manželka Kateřina Medicejská omdlí.   Z lesa u Fontainebleau nedaleko Paříže se ozývají hlasité výstřely. „Za ním! Rychle!“ […]
Spáchala mafie na operního pěvce bombový útok?
Havanským operním domem se ozve ohlušující rána. Exploze je tak mohutná, že Enrica Carusa, který si připíná plášť, srazí na zem. Jeviště je v plamenech, všude jsou trosky a je slyšet křik.   Uslzená Dorothy Carusová (1893–1955) má sepjaté ruce a už poněkolikáté se modlí. Právě telefonovala s reportérem z United Press. „Dostali jsme zprávu, že dnes večer […]
Císařovna Sisi byla posedlá péčí o vlasy
Lázeň je horká tak akorát. Sisi zkusí prstem vodu a pak si pomalu vleze do velké vany. Komorná jí nadzvedne dlouhé vlasy, vezme štěteček a začne pramen po prameni potírat speciální směsí umíchanou ze žloutků a koňaku. „Opatrně,“ napomene ji císařovna. Nerada by přišla o jediný vlas!   „Kdo tu ženu česal?“ zajímá se císařovna […]
V bitvě u Legnana Barbarossu převezla italská pěchota
Přes 20 let se snaží zlomit odpor vzpurných měst na severu Apeninského poloostrova. Tentokrát se s jejich koaličním vojskem střetne u Legnana. Bitva se pro Fridricha Barbarossu vyvíjí nadějně, skončí ale katastrofou. Italská pěchota totiž v kritické chvíli protivníka dokonale zaskočí!   Je cílevědomý, rázný a podle potřeby umí být i krutý. Jakmile novopečený římský […]
Zajímavosti
Simo Häyhä: Střelec, který je postrachem Rudé armády
Když se jednoho večera krátce před Vánoci vrátí do tábora, je nezvykle zakaboněný. Zhltne ohřátou konzervu a hledí do ohně. Jako kdyby mu za zády stála zubatá s kosou. A také že stojí a gratuluje mu. Bílá smrt toho dne zabije 25 vojáků!   Časně ráno 30. listopadu 1939 vzlétnou do vzduchu sovětské bombardéry a […]
Bludičky: Odkud se berou tančící světélka?
V temných mlhavých nocích se nad močály a bažinatými loukami objevují podivná blikající světélka. Lidé jim říkají bludičky. Po staletí u nich vyvolávají úžas i strach, protože je považují za projev nadpřirozených sil.   Když se noc rozhostí nad krajinou, může se stát, že uvidíte malé plamínky tančící nad mokřady. Na první pohled vypadají jako […]
Co by bylo, kdyby dinosauři nevymřeli?
Před zhruba 66,5 miliony let dopadne do oblasti Mexického zálivu asteroid s průměrem cca 10 až 15 kilometrů. Vytvoří kráter velikosti středních Čech a spálí všechno v dosahu 2000 kilometrů. Následuje nevídaná vlna tsunami a do atmosféry se zvednou oblaka dýmu a prachu, která způsobí drastické ochlazení.   Během dalších let, než je rovnováha obnovena, vymírá […]
Klinika Am Spiegelgrund: Smrt v ní najde osm stovek nevinných dětí!
Za masivními zdmi nemocničních pavilonů vídeňské kliniky Am Spiegelgrund mají děti léčit, jenže opak je pravdou. Malé pacienty vystavují trýznění, které je zakončeno smrtí.   Už od roku 1938 nechávají nacisté systematicky dokumentovat děti, a to už od novorozeneckého věku. Jakékoliv abnormality se musejí hlásit a děti, které neodpovídají rasovým tabulkám, jsou posíláni do speciálních […]
Záhady a napětí
Záhadný veleještěr od Hlohovce
Hustým porostem se prodírá důchodce, aby si v lese nasbíral léčivé byliny. Na chvíli se zastaví a po namáhavé chůzi si utírá orosené čelo. Najednou spatří, jak se na svahu mezi balvany, v paprscích letního slunce, vyhřívá neznámý tvor podobný obrovské ještěrce! Když obluda otevře tlamu, starý muž ztuhne strachem. Potichu ustoupí o několik kroků, […]
Obyvatele indické vesnice děsí duchové: Mohou za to zlé síly?
Obyvatelé vesnice Mariguda v indickém státě Urísa žijí od konce roku 2025 v rostoucím strachu. Několik vesničanů totiž za záhadných okolností umírá a jejich duše nyní údajně straší ve vesnici. Podle některých vesničanů může vše souviset se stavebními pracemi u zdejší řeky, kde se dříve konaly náboženské rituály. Probudila snad stavba zlé síly?   Klidná […]
Neviditelné tajemství královského města: Co se ukrývá pod Vysokým Mýtem?
Pod historickým centrem Vysokého Mýta v Pardubickém kraji se rozprostírá síť chodeb a sklepů, jejíž skutečný rozsah dodnes nikdo přesně nezná, a která vyvolává otázky, zda jde jen o praktické zázemí města, nebo o něco mnohem tajemnějšího. Možná právě proto se o ní vyprávějí příběhy, které se nikdy nepodařilo úplně vysvětlit.   Když člověk stojí na […]
Pozoruhodný případ Anny Monaro: Z její hrudi vychází záhadné světlo!
Zprvu je 42letá pacientka ze slovinského města Pirana hospitalizovaná kvůli silným astmatickým záchvatům, brzy je ale veškerá pozornost nemocničního personálu věnována něčemu docela jinému. Z hrudi ženy vychází viditelné světlo a nikdo netuší, jak je to možné! Případ Anny Monaro je dodnes jednou z největších lékařských záhad.   Je 8. března roku 1934 a do […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Jak chutně využít zbytky cukety? Na chipsy, nebo polévku!
tisicereceptu.cz
Jak chutně využít zbytky cukety? Na chipsy, nebo polévku!
Cuketové chipsy Předehřejeme troubu na 210 °C. Plech si důkladně vyložíme pečicím papírem, případně ho můžeme ještě postříkat olejem ve spreji, ale není to nutné. Z cuket odkrojíme konce a nakrájím
Prokletý milionářův poklad nalezen! Skutečně?
enigmaplus.cz
Prokletý milionářův poklad nalezen! Skutečně?
Do truhly o rozměrech 25 cm x 25 cm x 13 cm ukryje americký milionář Forrest Fenn (1931–2020) roku 2010 svůj poklad kdesi ve Skalistých horách na západě USA. Věří, že může vydržet neobjeven klidně i t
Fotbal 2026: Hra kamer, dat a algoritmů
21stoleti.cz
Fotbal 2026: Hra kamer, dat a algoritmů
Fotbal zdaleka není jen soubojem dvaadvaceti hráčů, kteří se snaží dostat balon do branky soupeře. Na probíhajícím šampionátu sledují každý pohyb na hřišti desítky kamer, senzory ukryté v míči i algor
Cloumají s vámi hormony?
panidomu.cz
Cloumají s vámi hormony?
Není to vyloučeno a možná o tom ani nevíte. Nemáte potíže s padáním vlasů? S únavou nebo vytrvalým nárůstem váhy? Pokud se nenajde jiné vysvětlení, pak podezření padá na hormony. Hormony jsou velmi účinné i v nepatrném množství a na tělo mají mnohem větší vliv, než si dokážeme představit. Z toho také vyplývá, že každé
Bytem proudila negativní energie
skutecnepribehy.cz
Bytem proudila negativní energie
V novém bytě se nikdo z naší rodiny necítil dobře. Slýchali jsme hlasy, měli jsme pocit, jako kdyby nás někdo pozoroval… Se dvěma dětmi se v malém bytě už nedalo vydržet. Museli jsme najít byt, kam se vejdeme my všichni včetně zvířat a hromady věcí. Nebylo snadné něco sehnat a vejít se do smysluplné částky. Proto jsme
Znojemské historické vinobraní
epochanacestach.cz
Znojemské historické vinobraní
Historické centrum Znojma ožije 11.–13. září 2026 největší slavností vína a historie v České republice. Znojemské historické vinobraní nabídne čtrnáct multižánrových scén, stovky programových bodů, desítky vinařů, velkolepý historický průvod krále Jana Lucemburského i koncerty známých českých interpretů. Na jeden víkend se celé město promění v živoucí kulisu středověku, kde se historie prolíná se současnou
Benjamin Franklin: Vynálezce ploutví, který sedí nahý u okna
epochaplus.cz
Benjamin Franklin: Vynálezce ploutví, který sedí nahý u okna
Benjamin Franklin se připomíná jako jeden z otců zakladatelů Spojených států, vynálezce hromosvodu nebo slavný experimentátor s drakem během bouřky. Za touto vážnou historickou postavou se ale skrývá mimořádně svérázný člověk. Miluje plavání, sedává nahý u otevřeného okna, odmítá patentovat své vynálezy a ve volném čase vytváří hudební nástroj, na který později skládají Mozart i
Tři kroky k silnější, hladší a mladistvější pleti v podání Neutrogena Collagen Bank
iluxus.cz
Tři kroky k silnější, hladší a mladistvější pleti v podání Neutrogena Collagen Bank
Kolagen je jedním z nejdůležitějších stavebních kamenů naší pleti. Právě on je zodpovědný za její pevnost, pružnost a mladistvý vzhled. S přibývajícím věkem však jeho přirozená produkce klesá – podle
Michal David: Se ztrátou dítěte se nedá vyrovnat
nasehvezdy.cz
Michal David: Se ztrátou dítěte se nedá vyrovnat
Lidé znají Michala Davida (65) jako krále české popmusic. Prací zaháněl bolest ze smrti milované dcerky. Mnozí mají život Michala Davida (65) spojený především s úspěšnou kariérou, hudbou a nekoneč
Piškotová roláda s jahodami
nejsemsama.cz
Piškotová roláda s jahodami
Tato nadýchaná roláda je sázkou na jistotu, která nikdy nezklame. Ingredience: ● 4 vejce ● 100 g cukru krupice ● 100 g hladké mouky ● 1 lžička prášku do pečiva ● 200 ml smetany ke šlehání ● 150 g jahod ● 2 lžíce moučkového cukru Postup: Vejce s cukrem vyšlehejte do nadýchané pěny, aby těsto získalo správnou strukturu. Pak vmíchejte prosátou mouku smíchanou s práškem do pečiva, aby těsto neztratilo objem. Směs rozetřete
Po podrazu Sovětů vystydlo Finům kafe
historyplus.cz
Po podrazu Sovětů vystydlo Finům kafe
Finové si hudbu z rádia poslechnou rádi. Občas ji však přeruší slova finské komunistky, která uprchla do Sovětského svazu. „Šelmička bez ostrých zubů, zato mazaná a chlípná,“ nevybíravě žena útočí na finského premiéra i další představitele státu. Sovětské propagandistické vysílání připravuje pole k útoku… Prozřetelní Finové tuší, že je zle. Jejich suverenita je ohrožena, neutralitu si těžko
Opulentní klasika dubajské vily
rezidenceonline.cz
Opulentní klasika dubajské vily
Rezidence navržená studiem Covet House, situovaná v srdci „Města zlata“, je oslavou dokonale propracovaného designu. Mistrná kombinace vznešenosti a sofistikovanosti v ní vytváří prostory, odrážející osvědčenou zdejší tradici v kontextu s aktuální modernou.   Nádheru klasického designu podtrhují mramorové detaily, současný nábytek, osvětlení a doplňky z bohaté nabídky Covet House pak vnášejí do interiérů potřebný
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