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
Dálnice D4 směrem na Písek sbírá jedno nej za druhým…Je to nejen nejdelší otevřený úsek v historii České republiky vybudovaný formou PPP, tedy ve spolupráci veřejného a soukromého sektoru, ale také první dálniční stavba u nás, která má kompletní BIM model – a navíc plně „oživený“. Díky platformě ViiDA od společnosti VARS BRNO vzniklo vůbec […]
Před pětadvaceti lety vyrazila mladá doktorandka do senegalské savany s jednoduchou, ale odvážnou otázkou: kde ještě žijí poslední jedinci kriticky ohrožené antilopy Derbyho a čím se vlastně živí? Netušila, že právě tato cesta se stane začátkem jednoho z nejdéle trvajících a nejúspěšnějších českých projektů na ochranu africké fauny – projektu, který dnes nemá ve světě […]
Odpady nemusí být vyloženě jen problém, ale i příležitost. Cemex, jeden z největších producentů stavebních materiálů, ukazuje, jak proměnit odpad v cenný zdroj energie i materiálu. Díky inovacím v recyklaci betonu a energetickému využití odpadů v cementárně se tak Cemex stává lídrem udržitelného stavebnictví. V České republice vzniká každoročně přes 30 milionů tun odpadu. Mnoho z […]
Mohlo by se zdát, že v hustě osídleném území metropole už přírodovědce nic nepřekvapí. Přesto se ukazuje, že i v Praze se stále dají objevit druhy, které dosud nebyly z České republiky známy. Nedávné průzkumy vědců Botanického ústavu AV ČR ve dvou pražských přírodních památkách – v Kalvárii v Motole a Oboře Hvězda – přinesly […]
reklama
Historie
Drtil šachový velmistr Aljechin soupeře jako kuřátka?
Šlechtická rodina ruského velkostatkáře bezesporu dokáže svým potomkům zajistit život v blahobytu, ale malý Alexandr Aljechin si přesto o šťastném dětství může nechat jen zdát.   Matku přivede příliš brzy do hrobu její láska k alkoholu, pro otce zase není problém prohrát milion rublů v kasinu. V sedmi letech mladý Aljechin nachází v šachu únik od všech problémů. Hře […]
Nahradila symbol ponížení v Barceloně oáza klidu?
Katalánsko ve válce o španělské dědictví podporovalo rakouské Habsburky. Španělský trůn však pro sebe na základě mírových smluv mezi evropskými mocnostmi uhájí Filip V. z rodu Bourbonů. Katalánci to nerespektují, a tak vnuk francouzského krále Ludvíka XIV. musí jejich odpor zlomit silou.    Vojsko Filipa V. (1683–1746) koncem července 1713 oblehlo katalánskou metropoli Barcelonu. Dobývat […]
Umělec na Montmartru si užíval zelenou hodinku
Štětec letí po plátně. Pod jeho tahy se rodí hřmotná postava muže s černým kloboukem a výraznou červenou šálou. Henri de Toulouse-Lautrec právě maluje plakát k představení svého přítele, kabaretiéra Aristida Bruanta, v jehož podniku Le Mirliton na Montmartru bývá víc než doma.    „Svou situaci řeší tak, že se obrní humorem, malířstvím a nestřídmostí,“ […]
Sv. Jiří patří mezi perly české gotiky
Rytířský turnaj na Pražském hradě je v plném proudu, když se náhle ozve ohlušující rána. Bronzová jezdecká socha svatého Jiří, na kterou pro lepší výhled vyšplhal hrozen diváků, se zřítila k zemi.   Legenda praví, že římský voják jménem Jiří se ocitl v libyjském městě Kyréna právě v okamžiku, kdy si tam nelítostný drak vyžádal za oběť královskou dceru. […]
Zajímavosti
Zázračná podkova: Proč se stala symbolem štěstí?
Už od starověku je koně je dostávají proto, aby si neopotřebovali kopyta. Stejně nezbytné jsou však podkovy i pro nás – nosí štěstí! Proč se zrovna tato obyčejná věc spojuje s příznivým osudem? Důvodů je překvapivě mnoho!   Stane se to prý v roce 969, v kovářské dílně všestranného anglického mnicha (a později světce) Dunstana […]
Největší ledovec světa je vysoký jako dva Žižkovské vysílače!
Sledovat žebříček největších ledovců světa je pořádná fuška, protože stačí teplejší počasí a pořadí se rychle promění. Aktuálně patří první příčka ledovému cvaldovi s označením A23a.   Zamrzlá Antarktida láká výzkumníky odnepaměti. Oblast šelfového ledovce, jež má přídomek Filchnerův-Ronneové, obhlíží kolem roku 1975 vědci ze Sovětského svazu a v regionu zřídí stanici s názvem Družnaja. Její […]
Diphylleia grayi: Květina, jakou jste neviděli!
Její botanický název zní Diphylleia grayi a říká se jí různě, například křišťálová květina. Má ale také mnohem drsnější přezdívky, jako skeletový květ nebo kostlivec. Ty jsou vzhledem k její neobyčejné vlastnosti docela přiléhavé.   V českých luzích a hájích ji ve volné přírodě nenajdeme. Její domovinou jsou vlhké, zalesněné hory v chladnějších oblastech Japonska, […]
Plačící sochy: Zázračné úkazy, nebo podvod?
Pětiletá Jessica Gregoriová chvíli vyděšeně zírá na ten podivný výjev, pak s křikem utíká domů: „Tati! Pomoc! Ona krvácí!“ Z očí sošky Panny Marie umístěné v zahradním výklenku pomalu stéká rudá tekutina…   Sádrová soška je jako mnoho dalších zakoupená v obchůdku na poutním místě v Međugorje v západní Hercegovině. Do italského městečka Civitavecchia ležícím nedaleko Říma ji doveze […]
Záhady a napětí
Největší tajemství Johna Lennona: Pronásledoval ho poltergeist?
Stál u zrodu legendární kapely Beatles, byl symbolem hudební revoluce šedesátých let, ikonou popkultury i výrazným mírovým aktivistou. Jenže John Lennon (1940–1980) nebyl jenom autorem slavných písní a provokativních politických gest. Podle vzpomínek jeho blízkých i řady článků byl několikrát svědkem událostí, které se vymykají racionálnímu vysvětlení. Skutečně měl co do činění s poltergeistem?   Samovolně […]
Americký silniční trol: Monstrum z masa a kostí, nebo přízrak z legend?
Na amerických silnicích se lze setkat s mnohými podivnými jevy, od přízraků automobilů po šílené duchy. Podivná postava, o níž přicházejí zprávy už celá desetiletí, ale nepatří ani do jedné této kategorie. Road Troll, tedy v překladu něco jako „silniční troll“, má být vysoký zarostlý muž s dřevěnou nohou, který se náhle objevuje ve světle reflektorů […]
Zaměstnala NASA kněze, aby ji připravil na setkání s mimozemšťany?
Co se stane, až se poprvé podíváme do oči mimozemšťanovi? Rozpoutá se panika? Zhroutí se náboženství? Spojí se lidstvo dohromady? Podobné otázky si zřejmě klade i NASA. V roce 2021 totiž do týmu přizve anglikánského kněze, prý aby vymyslel strategii, jak lidstvo připravit na kontakt s jinou civilizací… Proč nyní? Je snad něco takového na spadnutí?   […]
Prokletý Silvianův prsten: Opravdu přináší smůlu?
Mohl by prsten způsobit pád celých legií? Záhadný artefakt ze 4. století, údajně vlastněný římským důstojníkem jménem Silvianus, byl nalezen s podivným varováním. Od jeho vykopání si smůlu připisuje řada archeologů i historiků. Co skrývá tento kousek zlata z britské minulosti? A jedná se jen o náhodu, nebo skutečné prokletí?   V roce 1785 nachází na […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Převezl mazaný biskup Jaromír celý Řím i s papežem?
historyplus.cz
Převezl mazaný biskup Jaromír celý Řím i s papežem?
Římským prelátům se točí hlavy a zmatený výraz na tváři papeže Řehoře značí, že i on je s rozumem v koncích. Pražský biskup Jaromír je mezitím „fackuje“ jedním argumentem za druhým a sem tam nezapomene hodit laškovně očkem po fascinovaných papežových důvěrnicích. Na chorobného potížistu z Čech si nikdo nepřijde…   Je inteligentní, charismatický a
Účinná zimní terapie, když na vás krátké dny doléhají
epochaplus.cz
Účinná zimní terapie, když na vás krátké dny doléhají
Zima zpomaluje, zkracuje dny a nenápadně, ale intenzivně doléhá i na psychiku. Únava, horší nálada a pocit, že vše stojí víc úsilí než obvykle, nejsou osobním selháním, ale přirozenou reakcí těla na chlad a nedostatek světla. Dobrá zpráva je, že existují jednoduché a funkční způsoby, jak zimní období zvládnout s větším klidem, bez přetvářky a
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
Hory plné romantiky v Česku
nejsemsama.cz
Hory plné romantiky v Česku
České hory nejsou jen mrznutí na sjezdovce. Užijte si wellness relax, dobrou kuchyni a mezi tím zajímavou vyhlídku či vyjížďku lanovkou na hřebeny. Dolní Morava Mnohem víc než jen lyžařské trasy najdete ve skiareálu Dolní Morava na úpatí Králického Sněžníku (1424 m), mezi Orlickými horami a Jeseníky. Kromě komplexu zasněžovaných sjezdovek, dvou čtyřsedačkových lanovek a vleků tu láká k návštěvě třeba
Djatlovova výprava: Co zabilo devět turistů v horách Uralu?
enigmaplus.cz
Djatlovova výprava: Co zabilo devět turistů v horách Uralu?
V zimě roku 1959 zmizelo v zasněžených horách severního Uralu devět zkušených sovětských turistů pod vedením Igora Djatlova. O několik týdnů později byla nalezena jejich těla a roztrhaný stan na svahu
Jak přestat v noci „řezat pilou“?
panidomu.cz
Jak přestat v noci „řezat pilou“?
Proč lidé chrápou? Důvodů je víc. Většina z nich se naštěstí dá léčit a v mnoha případech se podaří chrápání úspěšně odstranit. I když se tomu nechce věřit, je chrápání běžný jev, který existoval od počátku lidského spánku. Průzkumy dokazují, že se v každé druhé domácnosti nachází jeden člověk, který chrápe. Muži chrápou častěji než
Nebezpečná hypotermie aneb Signály podchlazení, které není radno ignorovat!
21stoleti.cz
Nebezpečná hypotermie aneb Signály podchlazení, které není radno ignorovat!
Při teplotách pod bodem mrazu se mohou objevit omrzliny, ovšem mnohem závažnějším, život ohrožujícím stavem je hypotermie neboli podchlazení. To se přitom projevuje malými, snadno přehlédnutelnými sym
Rajská polévka
tisicereceptu.cz
Rajská polévka
Milují ji děti, ale i dospělí! Suroviny na 4 porce olivový olej 1 cibule 2 stroužky česneku 400 g krájených loupaných rajčat (i z plechovky) 0,5 l zeleninového vývaru 1 bobkový list sůl p
Vrátí se Kusnjerová k bývalému, protože je na dně?
nasehvezdy.cz
Vrátí se Kusnjerová k bývalému, protože je na dně?
Co tedy hvězda seriálu Polabí Hana Kusnjerová (41) vlastně chce? Ještě před nedávnem byl její bývalý partner, s nímž ná dceru Elišku (7), v jejích očích ten nejhorší. Jeho jméno zarytě tají, ovšem p
Toužila být prostě důležitá
skutecnepribehy.cz
Toužila být prostě důležitá
Zůstala jsem sama, a když se hledal předseda SVJ, nechala jsem se k této nevděčné funkci přemluvit. To jsem netušila, jak línou spolupracovnici vyfasuju. Celý život se snažím dělat věci pořádně. Pěkně od podlahy jsem vzala i péči o náš jedenáctiposchoďový panelák. Vypadala nadějně Vše šlo celkem hladce do chvíle, kdy se místopředsedkyní výboru stala Klára z devátého. Bylo
Bad Kleinkirchheim: alpské lázně, hory a tradice Korutan
epochanacestach.cz
Bad Kleinkirchheim: alpské lázně, hory a tradice Korutan
Bad Kleinkirchheim je malebné horské městečko ležící v rakouských Korutanech, v nadmořské výšce okolo 1 100 metrů, mezi pohořím Nockberge a jezerem Millstätter See. Spojuje v sobě tři silné identity: vyhlášené termální lázně, atraktivní horské středisko a místo s dlouhou alpskou tradicí. Právě tato kombinace z něj činí jednu z nejzajímavějších celoročních destinací v jižním
Designérka z Lasvitu navrhla křišťálové trofeje pro české medailisty na zimních olympijských hrách v Cortině
iluxus.cz
Designérka z Lasvitu navrhla křišťálové trofeje pro české medailisty na zimních olympijských hrách v Cortině
Česká sklářská a designérská společnost Lasvit představuje nové trofeje, které budou uděleny českým medailistům na zimních olympijských hrách Milano Cortina 2026. Ručně foukané skleněné objekty vzn
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