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
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 […]
V temných hlubinách oceánu, kam nikdy nepronikne sluneční světlo, našli vědci něco mimořádného. Na dně jihovýchodního Indického oceánu se rozprostírá obrovské „velrybí pohřebiště“ – místo, kde se po miliony let hromadily kostry velryb. A přestože jde na první pohled o říši smrti, ve skutečnosti zde bují překvapivě bohatý život. Mezinárodní tým vědců objevil tuto podmořskou […]
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 keř […]
Odpověď na otázku v titulku není jednoznačná. Výbuch atomové bomby v Hirošimě i pozdější jaderné katastrofy způsobené člověkem sice ukázaly, že silné dávky ionizace zabíjejí a že slabší a dlouhodobé záření poškozuje DNA. Přesto není stále zcela jasné, nakolik se mutace vzniklé ozářením přenášejí na potomstvo.   Před pěti lety, těsně před 35. výročím výbuchu Černobylské jaderné […]
reklama
Historie
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 […]
Odepřela Akademie kardinálovi poslušnost?
Není příliš rozumné zkoušet před kardinálem Richelieuem něco utajit. První ministr se dříve či později dozví o všem a s potenciálními spiklenci umí rázně zatočit.   Od roku 1629 se setkávají v pařížském domě spisovatele Valentina Conrarta (1603–1675). Diskutují o literárních dílech. Nikomu se tím ale příliš nechlubí. Někdo by jejich spolek klidně mohl považovat za nelegální. […]
Zvrhla se lidová zábava v masakr?
Lidé se tlačí u amsterdamského kanálu. Mladý muž se z plující loďky snaží sundat živého úhoře zavěšeného nad hladinou na laně. Zavrávorá a padá do vody. Diváci křičí a smějí se.   Nevinná pouliční zábava, dalo by se říct. V nizozemských městech má svou tradici, hlavně v lidových čtvrtích. Aspoň na chvilku se při ní můžou […]
Vznikl symbol sjednocení Itálie na jatkách?
„Jedna z nejpřekvapivějších vojenských akcí našeho století.“ Přesně tak hodnotí americký list The New-York Tribune v roce 1860 dobytí sicilského Palerma. Na jeho počátku přitom stála zhruba tisícovka Červených košil, které vedl do boje slavný italský revolucionář Giuseppe Garibaldi.   Pro své skálopevné přesvědčení o nutnosti sjednotit Itálii se nejednou ocitl v hledáčku úřadů i […]
Zajímavosti
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 […]
Když děti rodí děti: Nejmladší matce bylo 5 let
„Proč má naše dcera tak velké břicho?“ říkají si manželé z peruánské vesničky Ticrapo a raději vezmou malou Linu do nemocnice. Nemá ale v břiše nádor, jak se obávali, ale sedmiměsíční plod!   Ve věku 5 let, 7 měsíců a 21 dnů porodí Lina Medina (*1933) císařským řezem syna. Je 14. května 1939 a malá Peruánka […]
Stěračová válka: Jedno mrknutí – a všechno je jinak
„Jak to myslí, že nemají zájem? Vždyť byli nadšení!“ Robert Kearns je na dně. Automobilka právě odmítla jeho inovaci stěračů. Jenže již roku 1969 vyjíždějí z fabriky první modely s Kearnsovým zlepšovákem. Začíná spor, kterému génius obětuje vše – čas, rodinu i sám sebe.   Američan Robert William Kearns (1927–2005), který během vlastní svatby přijde […]
Cibetková káva: Lahůdka z exkrementů vznikla z nouze
Oviječ skvrnitý, středně velká cibetkovitá šelma žijící v jihovýchodní Asii, si ráda pochutnává na zralých plodech kávovníků. Tyto červené bobule v sobě ukrývají dvě semena – kávová zrna, která se v žaludku cibetek částečně natráví.   Když se zvíře vyprázdní, zrna se sesbírají z trusu, pečlivě očistí, usuší, upraží a pak se z nich připraví […]
Záhady a napětí
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 […]
Dávná sekta Therapeutů: Ovlivnila základy křesťanství?
Na břehu egyptského jezera Mareotis nedaleko Alexandrie žije na přelomu letopočtu uzavřená komunita mužů a žen. Každý obývá vlastní celu, kde se věnuje modlitbě, meditaci a studiu textů, a někdy dlouhé dny nic nepozře. Pro skupinu se ujme název Therapeuté, a přestože zřejmě hluboce ovlivní křesťanství, vůbec nic o nich nevíme…   Jediným svědkem existence […]
Před 70 lety americká města pokryla záhadná mlha. Byl to tajný vojenský experiment!
Desítky měst v USA a Kanadě opakovaně zahaluje hustá, chemikáliemi páchnoucí mlha…Na kůži tomu, kde se do ní vydá, ulpívá zvláštní substance neznámého původu, stejná látka pokrývá také silnice, auta či střechy domů a lidé hlásí různé zdravotní potíže včetně pozdější rakoviny. O 70 let později pravda o původu této mlhy vychází najevo. Víme ale […]
Přízraky hradu Dobré naděje děsí noční strážce
V historické pevnosti v Kapském městě bylo za posledních více než sto let pozorováno hned několik záhadných přízraků. Setkání s nimi jsou tak častá a děsivá, že se noční hlídači některým místům komplexu při obhlídkách po setmění raději vyhýbají. Komu duchové patří a jak se jejich přítomnost projevuje?   Mys Dobré naděje je jedním z […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Mohli jsme se vzít a být spolu šťastni
skutecnepribehy.cz
Mohli jsme se vzít a být spolu šťastni
Rodiče mě vychovávali přísně. Nesměla jsem nic a nikam, zakázali mi i školní výlet, prý kdovíco se tam může stát. Tak jsem se vzbouřila. Stále si myslím, že to rodiče s přísností přeháněli. Zařekla jsem se, že taková nebudu, že je to příliš, a snažila jsem se u své dcery o jiný přístup, kamarádský, tolerantnější. Domov není vojna. Ale moji rodiče
Masakr k Tušti: Češi dobíjeli sousedy rýčem
historyplus.cz
Masakr k Tušti: Češi dobíjeli sousedy rýčem
Z mrchoviště na okraji jihočeské vsi se ozývají výstřely. Je květen 1945 a místní se na vlastní pěst vypořádávají s těmi, kdo se za války přihlásili k německé národnosti. Ačkoliv zde žijí věky a svým sousedům za celou kritickou dobu neuškodili, 14 tušťských občanů, včetně dvou žen, bylo nuceno vykopat si vlastní hrob. V něm
Plněný lilek
tisicereceptu.cz
Plněný lilek
Vynikající zdravá a bezmasá pochoutka, která je vhodná i pro vegany. Suroviny 5 menších lilků 200 ml oleje 3 cibule 3 zelené papriky 1 malá červená feferonka 4 rajčata 2 stroužky česneku
Pečicí papír je prima pomocník
panidomu.cz
Pečicí papír je prima pomocník
Jistě ho máte doma i vy a jako spousta jiných hospodyněk ho používáte k pečení, ale umí toho mnohem víc.   Za hlavní výhodu mnozí považují to, že nemusí vymazávat plech, ať už pečou moučníky nebo nějaký druh slaného pečiva. Ale to zdaleka není všechno. Papír se dá použít na vyložení jakékoliv nádoby, když nechceme,
Precizní geometrie organického klidu
rezidenceonline.cz
Precizní geometrie organického klidu
Spojením přesných linií a textury dřeva se zrodil elegantní interiér, doslova dýchající pohodou, klidem a komfortem. Apartmá v srdci luxusního rezidenčního komplexu dává s lehkostí splynout dokonalé architektuře s jemným emocionálním laděním. Interiér tohoto projektu představuje výjimečný příklad souznění stylu, designu a komfortu, přičemž do samotného řešení prostoru se promítají dobře čitelný architektonický koncept a
Hotel, který se proměnil v nejluxusnější adresu televizního světa Oasis
iluxus.cz
Hotel, který se proměnil v nejluxusnější adresu televizního světa Oasis
Hosté přijíždějí do Gran Meliá Palacio de Isora na ostrově Tenerife kvůli oceánu, nekonečnému bazénu a výhledu na ostrov La Gomera. Teď ale mají ještě jeden důvod. Právě tento pětihvězdičkový resort s
Georges Bizet: Jak utišit žal? Sexem! Výsledek? Dítě se služebnou…
epochaplus.cz
Georges Bizet: Jak utišit žal? Sexem! Výsledek? Dítě se služebnou…
Maličký Georges Bizet (1838–1875) potají poslouchá za dveřmi, jak jeho otec vede hodinu zpěvu. To mu bude stačit k tomu, aby vše, co slyšel, zazpíval zpaměti a hlavně pochopil složité akordické struktury. Když přidá svou špetku i matka, uznávaná klavíristka, stane se Georges již v devíti letech studentem konzervatoře. Nejnižší možný věk pro přijetí je přitom 10
Okyselování oceánů by mohlo vést ke zmenšení mozku hlavonožců
21stoleti.cz
Okyselování oceánů by mohlo vést ke zmenšení mozku hlavonožců
Rostoucí koncentrace CO2 a s ní spojené okyselování oceánů může mít pro fatální následky pro olihně. Nový výzkum jejich neurologie varuje, že budoucí kyselost vody by mohla zmenšit objem jejich mozku
Kouzelná flétna: Tajemství poslední Mozartovy opery
enigmaplus.cz
Kouzelná flétna: Tajemství poslední Mozartovy opery
Na smrtelné posteli leží slavný rakouský skladatel a klavírní virtuos Wolfgang Amadeus Mozart (1756–1791). V prosinci roku 1791 je upoután na lůžku ve svém bytě ve Vídni. [gallery ids="170443,1704
Trofie se špenátem a oříšky
nejsemsama.cz
Trofie se špenátem a oříšky
Trofie jsou těstovinové nudle vyrobené z tvrdé pšenice. Seženete je v supermarketu nebo v obchodě s italskými delikatesami. Ingredience: 400 g těstovin trofie (případně jiných) 100 g čerstvého baby špenátu 50 g piniových (nebo pistáciových) oříšků 50 g grana padano 40 g čerstvé bazalky 2 stroužky česneku 80 ml olivového oleje 2 lžíce strouhaného sýra sůl, pepř Postup: Těstoviny
Utajený rozchod Vagnerové se surfařem?
nasehvezdy.cz
Utajený rozchod Vagnerové se surfařem?
Dlouhá léta trávila Hana Vagnerová (43) většinu volného času po boku francouzského surfaře Nicolase Escaviho (38) a mezi Prahou a zahraničím. Teď se ale čím dál hlasitěji mluví o tom, že jejich vztah
Exkurze do dějin na zámku Benátky nad Jizerou
epochanacestach.cz
Exkurze do dějin na zámku Benátky nad Jizerou
Dominantou města je barokní zámek Benátky nad Jizerou, v jehož zdech se psaly dějiny a pobývali skuteční velikáni. Fenomenální dánský astronom Tycho Brahe tu prováděl svá slavná astronomická měření a za zavřenými dveřmi laboratoří hledal elixíry pro lidstvo. Došlo zde i k osudové spolupráci s jeho přítelem, slavným Janem Keplerem. Tímto historickým setkáním je inspirována
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