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
Nenápadný kousek keramiky na prstu může nahradit hodinky, platební kartu i zdravotní deník. Niceboy ONE Ultra, první chytrý prsten s integrovanými platbami, přináší do světa nositelné elektroniky funkce, které zatím nikdo jiný nedokázal spojit. Na první pohled vypadá jako obyčejný elegantní doplněk. Váží jen pár gramů, v černém keramickém provedení působí spíše jako decentní šperk […]
Toyota v Evropě otestovala a zařadila do provozu čtyři nákladní vozy s vodíkovým pohonem. Na trasách v Belgii, Nizozemsku, Německu a Francii najely přes 80 tisíc kilometrů a ušetřily více než 80 tun emisí CO₂ oproti dieselovým vozům. Vodík na dálkové trasy Čtveřice nákladních vozidel s palivovými články rozváží díly z evropského centra Toyota Parts […]
Na první pohled vypadají jako obyčejní vlci. Ale zdání klame. Na pobřeží Britské Kolumbie  na západě Kanady žije jedinečná populace „mořských vlků“ – predátorů, kteří se místo lovu jelenů a bizonů vydali na úplně jinou cestu.   Vlny a přílivy se staly jejich revírem, ryby a škeble jejich kořistí. Jsou to vlci, kteří plavou, hrabou […]
Systém Eagle.one, vyvinutý vědci z ČVUT a jejich partnery, se dostal až do zprávy Evropské komise. Umí chytat nepovolené drony do sítě a chránit tak kritickou infrastrukturu. Po obloze už dávno nepoletují jen letadla a ptáci. Drony se staly běžnou součástí života – od filmování svateb až po doručování zásilek. Jenže tam, kde nemají co […]
reklama
Historie
Proč spadla Cválající Gertruda?
Most přes Tacomskou úžinu nedaleko amerického Seattlu má být zázrakem moderního stavitelství…„Bude to třetí nejdelší visutý most světa,“ slibuje konstruktér Leon Solomon Moisseiff, který svými nápady již inspiroval obdivovaný projekt mostu Golden Gate v San Francisku.   Zadání je ale pro něj příliš konvenční. Požadované příhradové vazníky nahrazuje modernějšími a podstatně subtilnějšími deskovými nosníky. „Most tak […]
Charles de Gaulle se nikdy nevzdal
Projektily z kulometu tříští prezidentovu limuzínu. Muž skrytý uvnitř ale jako zázrakem vyvázne nezraněn. Ani tento ze 30 atentátů není úspěšný a Francie o svého hrdinu nepřijde.   Mladík z přísně věřící rodiny Charles de Gaulle (1890–1970), absolvent jezuitské koleje, touží po kariéře v armádě. Vojenskou akademii ukončí jako třináctý z 211 kadetů. Ve 24 letech vstupuje do […]
Létají v Yprech z věže kočky?
Náměstí je narvané k prasknutí. Všichni vzhlížejí k věži nad tržnicí. „Už letí!“ křikne kdosi. Do natěšeného davu se snáší shůry mňoukající, k smrti vyděšená kočka.   Kdo nebohé zvíře dole chytí, může si připadat jako král jarmarku. Často se lidé i o tuto trofej poperou. Co na tom, že je zvíře raněné či polomrtvé, tradice je tradice. […]
Grossmannovu vilu poznamenala rodinná tragédie
Může se pochlubit hned několika nej. Dobový tisk opěvuje její neobvyklé stavební řešení a přepychové provedení, interiér pak neváhá přirovnat k „pohádkovému paláci“!   Narodil se v Pustějově nedaleko Studénky. Se základy stavebního řemesla ho seznámí otec, který pracuje jako zednický předák. František Grossmann (1876–1933) vystuduje průmyslovku v Brně, několik let sbírá zkušenosti v různých […]
Zajímavosti
Aniva: Maják s atomovým osudem
Mlha tak hustá, že by se dala krájet. Nepřístupné pobřeží bičuje studený vítr, jemuž značně sekunduje chladná sprcha, kterou mají na svědomí mořské vlny tříštící se o skály. Veškerému marastu tiše přihlíží kdysi majestátní maják.   Skalnatý a těžko přístupný terén na jihovýchodě ruského ostrova Sachalin v severním Pacifiku nedaleko Japonska zdobí vytáhlá stavba. Anivský […]
Charleston, tanec smrti!
V polovině 20. let minulého století je na parketu fenoménem charleston. Ovšem zatímco jedni ho milují pro jeho nespoutanou energii, druzí ho odsuzují jako nevkusný a nemravný. Ve své prapůvodní podobě se sice tančí v newyorském Harlemu už kolem roku 1913, ale slávy se dočká až o 10 let později. Brzy ale získá pověst zabijáka. […]
Červený kříž: Mezinárodní pomoc se zrodí ve Švýcarsku
Na počátku nejde o nic menšího, než o prodej obilí. Finanční průmyslová mlynářská společnost hodlá využít pro pěstování celé Alžírsko – a prodávat do celého světa.   Švýcar Henri Dunant (1828–1910) je po čertech zkušený obchodník. A teď cítí velký zisk. Jenže takový obchod se neuzavírá bez posvěcení panovníků a politiků. Francouzský císař Napoleon III. […]
Giacomo Casanova: James Bond z 18. století!
Když se řekne Casanova, všichni si představí svůdníka, který se stále jen motá kolem krásných žen a sladkými řečičkami se jim snaží dostat pod sukně. Jenže Casanova je mnohem víc.   Giacomo Girolamo Casanova (1725–1798) není jen obyčejný sukničkář…Je dobrodruh, spisovatel, diplomat, léčitel, duchovní, zednář, špión, mistr intrik a improvizace, hvězda společnosti a milovník života, […]
Záhady a napětí
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 […]
Alchymista a rybníkář Jakub Krčín: Zahrával si s ďáblem?
Jakub Krčín, původem z chudého zemanského rodu, se ve službách Rožmberků vypracuje až na regenta a trvale se zapíše do dějin jako jeden z nejvýznamnějších českých rybníkářů. Podle některých pověstí za to ale nevděčí jen své píli. Občas mu prý při práci asistoval sám ďábel, se kterým se spolčil…   O lidech, kteří ve své […]
Našla CIA Archu úmluvy?
Zlatá schránka s kamennými deskami, údajně obsahujícími Desatero přikázání. Archa úmluvy, nejsvětější relikvie judaismu, je jedním z nejhledanějších artefaktů v historii lidstva. Ztratila se přitom už před tisíci lety a dodnes nebyla nalezena. Nebo ano? Podle odtajněných dokumentů by na tuto otázku mohla znát odpověď americká CIA!   Uprostřed studené války, v 80. letech, se americké […]
Wiltshire zaplavily kruhy v obilí, policie prosí o pomoc!
Anglické hrabství Wiltshire stojí dlouhodobě v centru fenoménu agrosymbolů, záhadných obrazců v polích se zemědělskými plodinami. Zájem novinářů už sice dávno opadl, ale policie se jim musí věnovat stále stejně. Situace nyní došla tak daleko, že autority žádají veřejnost o pomoc. Najdou díky všímavým občanům jejich tvůrce?    Fenomén kruhů v obilí, jak se často, […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Povídání o víně! Na neobvyklém projektu se podílí brněnská univerzita
21stoleti.cz
Povídání o víně! Na neobvyklém projektu se podílí brněnská univerzita
V4 neboli Visegrádská čtyřka, aliance Česka, Slovenska, Polska a Maďarska, vznikla už před několika dekádami za účelem spolupráce mezi těmito zeměmi, a to v různých oblastech. Třeba i v oblasti vinařs
Vrazili mi kudlu do zad
skutecnepribehy.cz
Vrazili mi kudlu do zad
Celý život jsem se držela jednoho pravidla: být loajální. Vždy jsem věřila, že když budu upřímná a vstřícná, lidé si mě budou vážit. Kdepak. Pracovala jsem víc než ostatní. O víkendech, večerech, prázdninách. Nikdy jsem si nestěžovala, nikdy jsem nečekala žádné extra pochvaly. Stačilo mi, že jsem věděla, že dělám to nejlepší, co můžu. Byla jsem tam,
Legendární hodinky Prim Elton TV opět v éteru
iluxus.cz
Legendární hodinky Prim Elton TV opět v éteru
Česká značka PRIM představuje novou limitovanou edici PRIM ELTON TV, která oživuje jeden z nejikoničtějších modelů z přelomu 70. a 80. let. Nové „Televize“ přinášejí návrat odvážného designu s charakt
Jak udržet dětskou postel a povlečení hygienicky čisté
epochaplus.cz
Jak udržet dětskou postel a povlečení hygienicky čisté
Správná údržba dětské postele a povlečení je klíčová pro zdravý spánek, prevenci alergií a dlouhou životnost nábytku. Prozradíme vám osvědčené tipy na čištění, pravidelnou výměnu a bezpečnostní opatření, která ochrání zdraví vašeho dítěte. Pravidelné čištění dětské postele Dětská postel vyžaduje pravidelnou údržbu nejen kvůli estetice, ale především kvůli hygieně a zdraví dítěte. Týdenní rutina Vysajte
Co ukrývá srdce Himalájí? Mýtus o podzemní říši Agarta žije dál
enigmaplus.cz
Co ukrývá srdce Himalájí? Mýtus o podzemní říši Agarta žije dál
Myšlenka duté Země a skrytého světa pod našima nohama fascinuje lidstvo už po staletí. Podle starých legend se v hlubinách pod Himalájemi rozkládá Agarta – bájná říše propojená se všemi kontinenty spl
Proti rýmě v přesile
panidomu.cz
Proti rýmě v přesile
Zas už nekonečně dlouho kličkujeme mezi sychravým počasím a suchým vzduchem z ústředního topení. A že se snad ani na chvíli neobejdeme bez kapesníku? Přinášíme vám pár rad, jak zatočit s rýmou. Nosní sprcha Jedná se o nebolestivou a účinnou proceduru. Necháme v nádobce s hubičkou (lázeňské konvičce) odstát asi půl litru vlažné vody. Potom přidáme kávovou
Podala jsem jí pomocnou ruku
nejsemsama.cz
Podala jsem jí pomocnou ruku
I obyčejné sousedství se může proměnit v pouto silnější než rodina. Když mou sousedku Martinu opustil manžel, a ona zůstala sama s malou dcerkou, cítila jsem, že musím zasáhnout. Někdy mám pocit, že život si s námi hraje jako vítr s listím. Jeden den stojíte pevně, a druhý vás odfoukne někam, kde byste to vůbec nečekali. Tak to bylo i s mou sousedkou Martinou.
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
Komunisté chtěli nahradit Vánoce Stalinem
historyplus.cz
Komunisté chtěli nahradit Vánoce Stalinem
Obří plakát o rozměrech 9 x 12 metrů visí 21. prosince 1949 na Národním muzeu v Praze. Na každého, kdo se ten den jenom mihne na Václavském náměstí, z něj shlížejí podezíravé oči sovětského vůdce Josifa Vissarionoviče Stalina. Nikdo jim neunikne a vánoční atmosféru tu vlastně nic nepřipomíná…   Už v září 1949 přikazuje
Livigno zahajuje zimní sezónu. Nabídne perfektní sněhové podmínky i aktivity mimo sjezdovky
epochanacestach.cz
Livigno zahajuje zimní sezónu. Nabídne perfektní sněhové podmínky i aktivity mimo sjezdovky
Od 29. listopadu 2025 do 1. května 2026 se Livigno chystá přivítat návštěvníky na svých zasněžených svazích a nabídnout jim víc než jen perfektně upravené sjezdovky. V srdci italských Alp, v nadmořské výšce 1 816 metrů, zde čekají ideální sněhové podmínky, široká nabídka zimních aktivit a autentická atmosféra horského městečka, kde se místní tradice snoubí
Závin s houbami
tisicereceptu.cz
Závin s houbami
Do závinu se houby přece dokonale hodí! Suroviny 1 balíček listového těsta 400 g čerstvých hub s menšími pevnými kloboučky 4 vejce 150 g anglické slaniny 150 g listového špenátu 5 dl mléka
Daňhelová přiznala, že je zase zamilovaná
nasehvezdy.cz
Daňhelová přiznala, že je zase zamilovaná
Konečně útěcha pro její zlomené srdce a tíživou samotu? Herečka ze seriálu Bratři a sestry, známá také ze seriálu Sestřičky Modrý kód, Jiřina Daňhelová (32), byla naposledy spojována s Mužem roku Ji
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