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
Na českých silnicích je stále těsněji. Počet osobních aut se letos vyšplhá přes hranici 7 milionů. Jen za první polovinu roku přibylo téměř 85 tisíc vozidel. Český vozový park navíc dál stárne.   K 30. červnu 2026 bylo v Česku registrováno 6 940 271 osobních vozidel. Do magické sedmičky tak chybí už jen 59 729 […]
Jak využít nejjemnější část betonového odpadu, pro kterou dnes recyklace jen obtížně hledá uplatnění a která často končí na skládkách? Čeští vědci prokázali, že takový betonový prach lze pomocí bakteriálně řízených procesů spojit do soudržného materiálu – a to bez použití cementu.   Výzkum přitom přinesl nečekané zjištění: účinnější než původně testované ureolytické bakterie byly […]
Vlajka, medaile, plyšák, flétna nebo třeba Krteček. Astronauti si na oběžnou dráhu vozí nejen vědecké vybavení, ale také malé předměty s velkým příběhem. Teď dostává šanci vybrat český symbol veřejnost. Co byste poslali do vesmíru Vy?   Co by mělo reprezentovat Českou republiku stovky kilometrů nad Zemí? Předmět připomínající českou historii, vědecký objev, kulturní tradici, […]
Fytoakustika patří mezi nové vědní obory, které zásadně mění naše představy o životě rostlin. Ještě před několika desetiletími byly rostliny považovány za tiché a pasivní organismy, které pouze reagují na změny prostředí. Moderní výzkum však ukazuje, že skutečnost je mnohem zajímavější. Rostliny totiž dokážou své okolí vnímat prostřednictvím mechanických podnětů a samy také vydávají zvuky […]
reklama
Historie
Frida Kahlo měla doma zvěřinec
Fridě Kahlo je 46 let, má po amputaci nohy a její závislost na lécích se stupňuje. „Nikdy v životě jsem netrpěla víc,“ zapíše si v únoru 1954 do deníku. Ani tak se ale ze svého milovaného Modrého domu nechce hnout. Strávila v něm koneckonců celý život.   Ozve se hlasitá rána a přeplněný školní autobus sjede z cesty do […]
Chtěla si první dáma Filipín koupit Beatles?
„Nevím, prostě nevím, kterou si vybrat,“ naříká nad kabelkami manželka filipínského prezidenta Marcose při návštěvě jednoho z butiků. Nakonec se rozhodne, že ho koupí celý, a to i s vyděšenou prodavačkou.   Její dětství má k rodinné idylce hodně daleko. Imelda (*1929), budoucí první dáma Filipín,  vyrůstá v toxickém prostředí. Její otec Vicente Romualdez má z prvního manželství […]
Klášter Pannonhalma je starý jako samo Maďarsko
Císař Josef II. ke konci 18. století zruší v rakouské monarchii stovky klášterů. Odejít musejí také benediktýni z Pannonhalmského arciopatství. O necelé dvě dekády později se ale do zdejšího kláštera mohou mniši vrátit. Stačilo, aby splnili jednu podmínku…   Pannonhalmský klášter, který stojí na malém pahorku jižně od Györu, je stejně starý jako samotné Maďarsko. […]
Zaplatil za triumf Řeků profesionální běžec životem?
Vysílený muž, pokrytý potem a prachem, padá k zemi před shromážděním mocných Athéňanů. „Zvítězili jsme!“ zašeptá a zemře. Skutečně se ale tato scéna v dějinách odehrála?   První perská invaze do Řecka neslavně končí porážkou u Marathonu 12. září 490 př. n. l. Střetne se v ní až 30 000 Peršanů s o poznání méně početnou armádou Athén. Řekové […]
Zajímavosti
Když se ztratí premiér: Záhada Harolda Holta není dodnes objasněna
Z funkce australského premiéra ho nesesadí prohra ve volbách, korupční skandál či jiná pikantní aféra. Harold Holt (1908–1967) jednoduše zmizí a už se nikdy neobjeví.   Na svět vykoukne v Sydney, vzdělání se mu ale dostává v Melbourne – zaujme ho svět právních paragrafů. Chvíli pracuje jako koncipient, když se píše rok 1934, kandiduje do parlamentu. Vyjde […]
Vanilka: Lusky, které dobyly svět!
Vanilku si oblíbí už dávní Totonakové z jihovýchodního Mexika, kteří ji považují za dar bohů. Aztékové ji později míchají s kakaem a Olmékové ji používají při rituálech. Když se pak dostává díky španělským dobyvatelům do Evropy, okouzlí vanilková chuť i vůně celý kontinent.   Když se řekne vanilka, většina z nás si představí voňavý lusk […]
Ledňáček: Osamělý lovec i létající drahokam
Když se člověk prochází kolem řeky nebo klidného rybníka, většinou netuší, že v jeho blízkosti sedí jeden z nejkrásnějších ptáků Evropy. Ledňáček říční, malý drahokam s peřím jako z palety excentrického malíře, patří k nejbarevnějším zvířatům, jaká u nás vůbec žijí.   I když je na světě okolo 90 různých druhů ledňáčků, pouze tento hnízdí […]
Alcázar v Seville: Nejstarší královský palác Evropy
Vstoupit do sevillského Alcázaru znamená ocitnout se v jiném světě, kde se mísí vůně dávné Arábie s příběhy španělských královen, rytířů, básníků i diplomatů. Zcela oprávněně patří mezi nejnavštěvovanější paláce Evropy. Není divu, že láká historiky, turisty i filmaře.   Tento maurský skvost je zcela oprávněně považován za jednu z nejkrásnějších staveb Španělska. Protože je […]
Záhady a napětí
Bell Witch Cave: Jeskyně nejděsivějšího amerického poltergeista?
Někdo si z jeskyně odnese malý kámen. Jen jako suvenýr, nic víc. Brzy se ale začnou doma ozývat kroky, šepot a rány, které nemají původ. Jako by si návštěvník z Bell Witch Cave se sebou přinesl i pozornost něčeho, co v podzemí čeká už staletí. Proč se právě tato jeskyně v Tennessee stala jedním z […]
Magický trojúhelník Karlova mostu: Jak astronomie a numerologie stvořily energetický štít Prahy
Když 9. července 1357 položil císař Karel IV. základní kámen nejslavnějšího českého mostu, nebyla to náhoda. Otec vlasti byl vysokým zasvěcencem v oblasti tajných nauk a astrologie. Společně s dvorními mágy prý navrhl Karlův most jako gigantický energetický harmonizátor, který měl Prahu chránit před temnými silami, povodněmi a nepřáteli. Jak přesně osa mostu směřuje k […]
Tajemná světla od hory Brown Mountain: Záhada, která inspirovala Akta X!
Nad severoamerickou horou Brown Mountain bývají čas od času pozorovány tajemné světelné koule přelétající vysokou rychlostí nad korunami stromů. Existuje řada fotografií či nahrávek, které je zachycují. Světla se dokonce objevila i v kultovním seriálu Akta X. Dodnes však zůstávají bez vysvětlení. Co může být jejich zdrojem?   Speciální agent FBI Fox Mulder se v […]
Vesmírná lékárna: Léčili starověcí šamani podle frekvencí hvězd?
Co když chvíle, kdy léčitel utrhne list nebo vyhrabe kořen, zásadně mění sílu jeho účinku? Staré medicínské tradice spojují lidské zdraví, rostliny a noční oblohu do jediného systému. Člověk je v něm obrazem vesmíru a nemoc poruchou kosmického řádu.   Zní to jako magie? Jenže moderní botanika dnes například připouští, že rostliny reagují i na […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Potřebovala jsem náplast na duši
skutecnepribehy.cz
Potřebovala jsem náplast na duši
Vyčítala jsem si, že nejsme úplná rodina, že jsem svým zlatíčkům nedokázala udržet tátu. Kamarádky mě ujišťovaly, že za to přece nemohu. A našel se i ten, který to pochopil. Přes léto jsem prodávala v kiosku na koupališti. Děti, Monika a Daniela, si tu hrály, měla jsem o nich přehled, trávily zde vlastně prázdniny, když nepočítám neodmyslitelný letní
Ať se to jen blýská!
panidomu.cz
Ať se to jen blýská!
Otisky prstů, šmouhy a kapky vody dokáží výrobky z kovu nevzhledně změnit. Čas od času je proto potřeba je důkladně očistit. Zkušené hospodyňky vědí, že na nežádoucí skvrny, které se objevují na okrasných dekoracích, úchytkách či nádobí, často pomáhá ocet, citronová šťáva či roztok jedlé sody. Měď *Koupelna Pokud máte v koupelně měděné vybavení, zřejmě
Římské lázně: Nechyběla v nich ani knihovna
historyplus.cz
Římské lázně: Nechyběla v nich ani knihovna
Dva římští řemeslníci rázují po ulici v družném hovoru. O kousek dál kráčí vznešená dáma, doprovázená otrokyní. Všichni míří do blízkých Caracallových lázní v jihovýchodní části města. Drobný zvonek právě oznámil, že byly otevřeny. Vstup do nich je zadarmo nebo za symbolickou cenu. Očistnou koupel si tak může dopřát úplně každý.   Nejenže se zbaví
Nesmrtelná sójová omáčka: Stačí přidat trochu plísně!
epochaplus.cz
Nesmrtelná sójová omáčka: Stačí přidat trochu plísně!
Usedají ke stolu a sliny se jim sbíhají, až ochutnají vychvalované čínské nudle. Obsluha se k nim bezděky přitočí a při té příležitosti přihraje na stůl drobnou láhev. Jeden z hostů se ušklíbne a odtuší, že to je ona pověstná omáčka, která se vyrábí z brouků. Jde kombinovat s nudlemi, rýží nebo sushi. Najdou se dokonce odvážlivci, kteří sójovou
Experti z Česka jako první vedou archeologický výzkum tábora ze systému Gulag
21stoleti.cz
Experti z Česka jako první vedou archeologický výzkum tábora ze systému Gulag
Gulag - to jediné slovo vyvolává mrazení v zádech. Systém pracovně-nápravných táborů představoval jednu z nejtemnějších stránek Sovětského svazu. Badatelé ze Západočeské univerzity v Plzni ve spoluprá
Bird on a Rock by Tiffany v kategorii vysokého šperkařství
iluxus.cz
Bird on a Rock by Tiffany v kategorii vysokého šperkařství
Tiffany & Co. představuje nové kreace Bird on a Rock by Tiffany, které proměňují jeden z nejikoničtějších motivů klenotnického domu v působivé šperky a výjimečná díla vysokého šperkařství. Inspira
Krémová mrkvová polévka
tisicereceptu.cz
Krémová mrkvová polévka
I z těch zcela nejzákladnějších surovin lze vytvořit kuchařský skvost. Jako v tomto případě, kdy hraje hlavní roli mrkev. Suroviny ½ kg mrkve 2-3 brambory 250 ml smetany (12%) trocha kari koř
Tajemné světlo nad českými hrady: Co září ve Skalách nebo na Bítově?
enigmaplus.cz
Tajemné světlo nad českými hrady: Co září ve Skalách nebo na Bítově?
Noc, opuštěná hradní věž a v jejím okně náhle světlo, které tam nemá co dělat. Přesně tak začínají některé z nejpodivnějších českých hradních příběhů. Někdy jde o dávnou pověst, jindy o svědectví lidí
Vypněte autopilota a začněte si užívat
nejsemsama.cz
Vypněte autopilota a začněte si užívat
Hlava jede na plné obrátky, celý den se nezastavíte a večer nevíte, co jste vlastně celý den dělala. Pokud se poznáváte, možná nastal čas objevit mindfulness. Kolikrát jste otevřela lednici a vůbec nevěděla proč? Nebo dojela autem do práce, aniž byste si pamatovala cestu? Mozek miluje rutinu a často funguje na autopilota. Jenže právě tehdy nám unikají drobné radosti i signály, že
Textury a dekory pro stěny
rezidenceonline.cz
Textury a dekory pro stěny
Tapeta jako výrazové gesto definuje atmosféru místnosti. Vzor, textura, barevnost, to vše vytváří vizuální rytmus, který ovlivňuje vnímání prostoru. Nálada interiéru tak může být ve výsledku klidná i bouřlivá, ale vždy by měla být promyšlená. Dobře zvolená tapeta dokáže proměnit prostor bez nutnosti stavebních zásahů. Je to nástroj, který pracuje s emocí, rytmem i světlem,
Podzimní úkryt na břehu Lipna, kde má ticho vlastní adresu
epochanacestach.cz
Podzimní úkryt na břehu Lipna, kde má ticho vlastní adresu
Podzim mění Lipno možná působivěji než kterékoliv jiné roční období. Hladina se zbavuje letního ruchu, lesy kolem vody přecházejí do měděných a zlatých tónů a chladná rána vybízejí k pomalejšímu tempu. Na jeho levém břehu, v malé Bližší Lhotě, stojí Aparthotel & Wellness Knížecí cesta. Místo pro ty, kteří chtějí na několik dní vyměnit městský
Čeká Katy Perry dítě s premiérem?
nasehvezdy.cz
Čeká Katy Perry dítě s premiérem?
Kdo by to byl řekl? Vztah americké zpěvačky Katy Perry (41) a bývalého kanadského premiéra Justina Trudeaua (54) začínal velmi vlažně. Po prvním rande se zdálo, že z toho nebude víc než letní románe
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