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
Už 43 let uplynulo od chvíle, kdy se v tehdejším Československu narodilo první „dítě ze zkumavky“. Stalo se tak 4. listopadu 1982 zásluhou týmu vedeného profesorem Ladislavem Pilkou, tehdejším přednostou Centra asistované reprodukce ve Fakultní porodnici Brno. Jeho práce znamenala průlom nejen pro českou medicínu, ale i pro celý tehdejší východní blok. Dnes se díky […]
Praha, 2. října 2025 – Snižování uhlíkové stopy s sebou nese také reporting. Do hry nově vstupuje umělá inteligence, která pomáhá firmám všech velikostí sledovat a řídit jejich dopad na životní prostředí. Díky chytrým algoritmům lze odhalit plýtvání energií, optimalizovat dopravu i produkci a zároveň ušetřit nemalé náklady. Od tabulek k datové analytice Sledování uhlíkové stopy […]
Chemici z University at Albany představili nový anorganický materiál, který by se mohl stát součástí další generace pevných raketových paliv. Jmenuje se mangan-diborid (MnB₂) a podle laboratorních měření má energetickou hustotu výrazně nad stávajícími materiály – zejména ve srovnání s hliníkem, který se dnes běžně přidává do složení paliv pro pevné boostery. Tady jsou fakta: […]
Nové výstupy dlouhodobého monitoringu Státního zdravotního ústavu (SZÚ) ukazují, že česká populace napříč věkem trpí nedostatkem klíčových minerálů. Zatímco vápník chybí prakticky všem věkovým skupinám, u žen a seniorů se navíc často objevuje nízký příjem hořčíku. Naopak sodíku máme v jídelníčku spíš nadbytek.   Nedostatek minerálů Nízký příjem vápníku se výrazně týká seniorů. U lidí […]
reklama
Historie
Proč se dílo Českého Bacha nesmělo opisovat?
Pražské Klementinum bouří nadšením a na pódiu se spokojeně uklání dirigent a autor hudby. Jeho monumentálnímu alegorickému dílu ze své lóže aplauduje i císař.   V rodných Louňovicích pod Blaníkem se budoucímu hvězdnému skladateli vrcholného baroka dostává hudebního vzdělání od otce, místního kantora a varhaníka. To ale brzy talentu Jana Lukáše Zelenky (1679–1745) přestává stačit, a […]
Aztéčtí válečníci vyráželi do květinových válek
Zabít nepřítele v boji není žádné velké umění. Zajmout ho a přivést živého domů jako budoucí oběť bohům už ale ano. Bojovník, který se takto zmocní aspoň 20 soupeřů, může být přijat mezi elitu aztécké armády. Stane se orlím, nebo jaguářím válečníkem…   Jsou nejstatečnější a pro nepřátelé nejděsivější. Svůj původ odvozují od dvou božstev, […]
Tasmánský král sýrů pocházel z Čech
Mladík, stojící na přídi zaoceánské lodi, s nadějí pozoruje blížící se australské břehy. V následujících desetiletích se nejen proslaví a zbohatne, ale především naučí protinožce milovat sýry.   Potomci sedláka Josefa Vyhnálka z Hnátnice nedaleko Letohradu ve východních Čechách mají život narýsovaný dlouho dopředu…Především nejstarší syn Milan Vyhnálek (1925–2013), od něhož se v souladu s tradicí očekává, […]
Cordouan: Udivoval král majáků luxusem i technikou?
Na skalnatém ostrůvku uprostřed zelenomodrých vod Biskajského zálivu se z moře tyčí bílá kamenná věž. Spojuje v sobě majestát katedrály, paláce a pevnosti. Jde o Cordouan, zřejmě nejkrásnější a nejpřepychovější maják světa. Uvnitř ukrývá královský apartmán i kapli s vitrážemi.    Jen dopravit sem stavební materiál je pořádná fuška. Cordouan se totiž nachází v ústí řeky Gironde, zhruba sedm […]
Zajímavosti
Jednorožci existovali! Žili ještě před 29 000 lety!
Jako většina mýtů a legend, i ta o pohádkových jednorožcích má reálný základ. Ano, bájné stvoření s dlouhým rohem uprostřed hlavy opravdu žilo. A není to ani tak dávno.   Jednorožec sibiřský, kterého poprvé popíše v roce 1809 německý paleontolog Gotthelf Fischer von Waldheim (1771–1853), dorazí do Evropy asi před 2,5 miliony let. Žije na […]
Virtuální lízátko: Jak vyrobit chuť bez chuti?
V čem virtuální realita trochu pokulhává za tou opravdovou? Nezahrnuje plně všech pět základních lidských smyslů, pohlcuje nás hlavně prostřednictví zraku a sluchu. Neznamená to však, že ostatní tři smysly by napodobit nedokázala! Jenom na to nejsme zvyklí.   Pokud jde o chuť, se zajímavým příspěvkem se pochlubí v posledních měsících mezinárodní výzkumný tým odborníků […]
Chattušaš: Jak padlo velkolepé město?
Sloupy dýmu stoupají k nebi a uličkami se ozývá zoufalý křik. Útoku divokých kmenů vyzbrojených železnými zbraněmi zdejší lid nedokáže vzdorovat. Výkladní skříň Chetitů počítá své poslední hodiny. Tak jsme si ještě nedávno představovali pád Chattušaše. Jenže novější výzkumy ukazují něco trochu jiného, mnohem záhadnějšího…   Francouzský archeolog Charles Texier (1802–1871) postává na kopci nad […]
Dentální nit: Od kdy ji používáme?
Už archeologické nálezy dokazují, že se naši dávní předkové zbavují nečistot mezi zuby pomocí tenkých špičatých větviček. Dnes máme větší komfort: k odstranění jídla a plaku z obtížně dostupných míst používáme dentální nit. A tu svou mají i opice!   Za vynálezce dentální niti je považován americký zubař Levi Spear Parmly (1790–1859), který už v […]
Záhady a napětí
Horký favorit na život ve vesmíru? Trpasličí planeta Ceres!
Na první pohled jen obyčejné těleso ukryté mezi Marsem a Jupiterem. Ale trpasličí planeta Ceres v sobě možná skrývá mnohem víc, než se dlouho myslelo: podzemní oceán, zdroj energie i podmínky podobné těm na Zemi. Je nejžhavějším kandidátem na mimozemský život? A co když právě z ní přišel kdysi život i k nám?   Na […]
Víly Peri: Kde je jejich tajemná země?
Vysoko v horách Pákistánu údajně leží země, kam se smrtelníkům nevyplácí vstupovat. Říká se jí Peristan, tedy Země víl Peri. Údajně v ní žijí tajemné ochránkyně horských kozorožců markhorů a krásné nelítostné soudkyně, které unášejí lidi do svého zlatého hradu. Je Peristan skutečný nebo jde jen o strašidelnou legendu? A jak je to s jeho obyvatelkami?   Podle […]
Prastará svatyně v Makotřasech u Prahy: Odehrávaly se v ní děsivé rituály?
Je prý starší než anglické Stonehenge a egyptské pyramidy. Záhadná svatyně nedaleko od Prahy vzbuzuje otázky, na které se dosud nikomu nepodařilo najít odpověď. Byla to nejstarší observatoř v Evropě? Probíhaly zde brutální rituály? A proč se v této oblasti opakuje řada tragických dopravních nehod?   Když se v roce 1961 kopaly základy nové silnice z Prahy […]
Dům oběšených panenek: Záhadná expozice, která má šokovat?
Na první pohled klidná zahrada v malé vsi na Vysočině se mění v děsivou galerii. Mezi větvemi stromů se houpou desítky oběšených panenek, některé bez končetin, jiné s rozbitými tvářemi. Není divu, že tohle místo vyvolává otázky: jde o bizarní umělecký záměr, osobní démony majitele, nebo snad temné varování?   Dům, který stojí na okraji […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Vyprahlé city, ale i prázdná peněženka Bernáškové
nasehvezdy.cz
Vyprahlé city, ale i prázdná peněženka Bernáškové
Nové štěstí na obzoru? Mnoho tomu nenasvědčuje. Herečka známá ze seriálu ZOO Nové začátky Jana Bernášková (44) podle všeho neprožívá zrovna dobré časy. Poté, co se jí rozpadlo manželství s režisérem
Noční volání od zemřelé
skutecnepribehy.cz
Noční volání od zemřelé
Když mi zemřela babička, se kterou jsem měla blízký vztah, dlouho jsem truchlila. Pak mi jedné noci zazvonil telefon. S babičkou jsme si byly blízké celý život. Byla jako moje druhá máma. Když jsem byla malá, učila mě plést, později mě kryla, když jsem tajně jezdila za klukem. I jako dospělá jsem jí volala skoro denně. Věděla o mně
Moskevský kriminální případ z roku 2021: Jakou roli hrály okultní prvky?
enigmaplus.cz
Moskevský kriminální případ z roku 2021: Jakou roli hrály okultní prvky?
Vyšetřování úmrtí sourozenců z amerického města Childress v minulosti vyvolalo spekulace o okultních motivech. Podobné téma se vrátilo do médií v roce 2021, kdy byl v Moskvě odhalen případ dvojice
Americký dolar: Symbol měny, historie a překvapivých detailů
epochaplus.cz
Americký dolar: Symbol měny, historie a překvapivých detailů
Americké dolarové bankovky a mince nejsou jen běžným platidlem. Za jejich vzhledem stojí dlouhá historie, promyšlené symboly i propracované bezpečnostní prvky, které z nich dělají jednu z nejzajímavějších měn světa. Nízká výrobní cena a překvapivé složení Možná byste si mysleli, že výroba bankovek, které drží v rukou miliony lidí po celém světě, bude extrémně drahá.
Advent v saské metropoli – Předvánoční Drážďany
epochanacestach.cz
Advent v saské metropoli – Předvánoční Drážďany
Toužíte po skutečné vánoční atmosféře? Vydejte se do Německa, kde mají adventní trhy dlouhou tradici a patří k těm nejpůvabnějším v Evropě. Ty nejbližší českým hranicím najdete v Drážďanech – začínají 26. 11. 2025 a potrvají do 24. 12. 2025. A stojí za to je zažít na vlastní kůži. S norimberským Christkindlesmarktem se drážďanské vánoční trhy
Outdoor bez kompromisů: Thule odhalilo budoucnost dobrodružství
iluxus.cz
Outdoor bez kompromisů: Thule odhalilo budoucnost dobrodružství
Švédské Malmö se v listopadu na jeden večer proměnilo v pulsující centrum outdoorového designu. Značka Thule zde přivítala tisícovku hostů a ve stylu velkolepé módní show představila více než dvacítku
Sklo jako působivý architektonický materiál
rezidenceonline.cz
Sklo jako působivý architektonický materiál
Velkoplošné prvky ze živého transparentního materiálu stavbu osvěžují, propouštějí do jejího nitra spoustu světla, a tím zlepšují kvalitu vnitřního prostředí. Navíc významně ovlivňují vzhled budovy. Tak jako dřevo a kámen v konstrukčních řešeních zdařile zastupuje ocel, výplně z cihelného či jiného zdiva zase velmi působivě nahrazuje sklo. Jeho vizuálního benefitu v podobě zrcadlení oblohy i
Zmrzlina z borůvek a limetek
tisicereceptu.cz
Zmrzlina z borůvek a limetek
Tak už je tu konečně čas na zmrzliny! Suroviny 2 limetky 130 g borůvek 140 g cukru krupice nebo třtinového 200 ml kokosového krému 280 ml smetany ke šlehání hrst borůvek a skrojky limetky n
Amedeo Modigliani: Proti jeho aktům zasahovala policie
historyplus.cz
Amedeo Modigliani: Proti jeho aktům zasahovala policie
V Paříži žije už dlouho, ale spokojený rozhodně není. Nejde jen o jeho chatrné zdraví a fakt, že věčně bojuje s nedostatkem peněz. Modigliani také zatím marně hledá vlastní umělecký styl, za který by se nemusel stydět! Zato s absintem a hašišem si rozumí náramně, dopřává si je v podstatě každý den… Dlouhá léta se
Hlavně klid!
panidomu.cz
Hlavně klid!
Všimli jste si, jak často se ve výčtu vlivů poškozujících zdraví opakuje stres? Tak často, až na tohle slovo přestáváme slyšet. Tím ovšem jeho ničivé dílo ze světa nezmizí. Raději bychom se mu měli postavit čelem. Ničí nám imunitu, poškozuje cyklus, a dokonce zhoršuje i pleť. O tom, co s naším tělem dělá stres, by se
První přímý náznak temné hmoty? Vědci jsou nadšení i opatrní
21stoleti.cz
První přímý náznak temné hmoty? Vědci jsou nadšení i opatrní
Temná hmota je pro naši vědu stále tvrdým oříškem. Víme, že musí existovat, protože její gravitace drží galaxie pohromadě, ale nějakým způsobem ji zachytit? V této kolonce máme zatím zapsanou velkou č
Pro pleť bez jediné chybičky i během podzimních plískanic
nejsemsama.cz
Pro pleť bez jediné chybičky i během podzimních plískanic
Podzim dává zabrat nejen naší psychice, ale i pleti. Co všechno byste jí měla dopřát, aby byla pořád v dobré kondici a připravená na dlouhou zimu a třeskuté mrazy? Barevné listí, sem tam mlha, to zní jako docela hezká romantika. Ovšem ne tak docela. Podzimní počasí je sice někdy jako z pohádky, většinou ale dělá neplechu
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