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
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 […]
Hluk tradičně vnímáme jako nežádoucí jev, který je nutné potlačit. Moderní fyzikální přístupy však naznačují, že tlakové vlny nemusíme jen tlumit, ale můžeme jejich energii aktivně řídit. Otevírá se tak nová cesta, jak s hlukem pracovat efektivněji a s menšími ztrátami.   Hluk a vibrace patří mezi největší technické problémy současnosti. Vznikají v motorech, turbínách, […]
Druhová pestrost hmyzu v české přírodě výrazně klesá. Zmírnit tento propad může návrat velkých kopytníků – divokých koní, zubrů a praturů – do krajiny. Ukazuje to rozsáhlá studie českých vědců vedených výzkumníky z Biologického centra Akademie věd České republiky (BC AV ČR), kteří sledovali pět skupin hmyzu na 11 lokalitách v České republice s celoroční […]
reklama
Historie
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 […]
Zmoudřel La Fontaine až před smrtí?
Ctihodní členové Akademie se shodují na přijetí jednoho z nejznámějších spisovatelů do svých řad. Čeká se jen na potvrzení volby králem. „Cože? La Fontaine? Toho nikdy neschválím!“ prská panovník.   Dlouho se Jean de La Fontaine, narozený 8. července 1621, nemůže rozhodnout, co v životě vlastně bude dělat. Převezme práci lesního dozorce po svém otci, ale víc […]
Jak se hřešilo v socialistickém Las Vegas?
Komplex Haludovo Palace Hotel patří k nejambicióznějším projektům své doby…Na jugoslávském ostrově Krk vyrůstá díky penězům amerického vydavatele erotického časopisu, který věří, že by se jeho „palác hříchů“ mohl stát pomyslným mostem mezi Východem a Západem.   Jugoslávie diktátora Josipa Broze Tita (1892–1980) byla specifickým státem, který ve světě rozděleném studenou válkou nepatřil do socialistického, […]
Korunovace prvního českého krále: Odměnil se Vratislav II. arcibiskupovi za korunu?
Pražský hrad je od rána v obležení zvědavců. Takovou slávu česká země ještě nezažila. Poprvé v historii bude mít krále! Kníže Vratislav II. právě zažívá vrchol své panovnické kariéry.   Obřad, který se koná 15. června 1085, nevede nikdo menší než sám trevírský arcibiskup Egilbert (†1101) a v publiku mezi řadovými diváky stojí další osobnost, jež se […]
Zajímavosti
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 […]
Obyčejně neobyčejný jod: Vzácný a nepostradatelný
Vesnicí se šourá několik dětí. Na svůj věk jsou maličké, některé mají pod krkem nepěkné vole. Do školy se je rodiče ani nepokusí poslat. Jsou zaostalé, některé navíc neslyší ani nemluví. A to všechno kvůli z dnešního pohledu úplné maličkosti: nedostatku jodu.   Vědci předpokládají, že ve vesmíru připadá na jeden atom jodu 70 miliard atomů […]
Durian: Ovoce, které rozděluje svět
V mnoha asijských státech se s durianem daleko nedostanete. Tato lahůdka, které se přezdívá „král ovoce“, totiž prosluje svým intenzivním zápachem. Například v Singapuru se s ním nesmí do hromadné dopravy, na letiště ani do velké části hotelů.   Mluví se o něm jako o nejzdravější svačině na světě. Najdete v něm vitamin C, B2, B6, hořčík, železo, […]
Příběh vizitek: Kdo ji nemá, nesmí na banket
Na stříbrném podnose ve vstupní hale leží zdobný papírek. Pán domu ho zvědavě stiskne mezi prsty. Pak si všimne, že má lísteček ohnutý roh. Nahodí kabát a osobně se vydá do ulic, aby zanechal na jiném podnose podobně ohnutou vizitku…   Píše se rok 618 a Čína zdecimovaná občanskou válkou se dává dohromady. Hlavní podíl […]
Záhady a napětí
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 […]
Léčebná metoda Su Jok: Skutečný průlom, nebo jen dobře fungující placebo?
Na první pohled obyčejná ruka, podle zastánců metody Su Jok však skrývá přesnou mapu celého lidského těla. Stimulace konkrétních bodů na dlaních a chodidlech má údajně ovlivňovat jednotlivé orgány i zmírňovat bolest bez použití léků. Zůstává ale otázkou, zda jde o skutečný léčebný princip, nebo efekt, který zatím neumíme spolehlivě vysvětlit.   Bolest se někdy […]
Strašidelný maják St. Augustine: Místo smrti a utrpení!
Na pobřeží americké Floridy stojí maják, který měl sloužit jako bezpečný orientační bod pro lodě, místo světla uprostřed temnoty. Už krátce po svém zprovoznění se však začíná spojovat s tragédiemi a záhadnými událostmi, které se zde opakují s podivnou pravidelností. Může jít o souhru náhod, nebo o místo, kde minulost odmítá odejít?   Silná kamenná věž […]
Záhadný veleještěr od Hlohovce
Hustým porostem se prodírá důchodce, aby si v lese nasbíral léčivé byliny. Na chvíli se zastaví a po namáhavé chůzi si utírá orosené čelo. Najednou spatří, jak se na svahu mezi balvany, v paprscích letního slunce, vyhřívá neznámý tvor podobný obrovské ještěrce! Když obluda otevře tlamu, starý muž ztuhne strachem. Potichu ustoupí o několik kroků, […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Sonda New Horizons se probudila a míří k hranici Sluneční soustavy
21stoleti.cz
Sonda New Horizons se probudila a míří k hranici Sluneční soustavy
Sonda New Horizons, která se před jedenácti lety zapsala do historie prvním průletem kolem Pluta, se znovu ozvala Zemi. Po rekordních 321 dnech v hibernačním režimu se ve vzdálenosti 9,5 miliardy kilo
Zmizela náhle, beze stopy
skutecnepribehy.cz
Zmizela náhle, beze stopy
Oběti zločinu se mohou o spravedlnost hlásit i z onoho světa. Tato domněnka možná stojí i v pozadí tohoto příběhu. Stalo se to už před více než dvaceti lety, ale dodnes jde o nevyřešenou a děsivou záhadu. Týká se mojí kamarádky Magdy, bývalé kolegyně, se kterou jsem se scházela i poté, co změnila zaměstnání. Byla to moc hodná a milá ženská, pokaždé jsme si
Úklid domova podle feng-šuej
nejsemsama.cz
Úklid domova podle feng-šuej
Učení feng-šuej je stará čínská metoda, která vám napoví, jak nejlépe vyladit energii ve svém domově a vytvořit z něj harmonický přístav. Pokud se doma necítíte dobře, je čas s tím něco udělat. Možná se ve vašem bytě odehrála nějaká traumatická událost, nebo jste se přestěhovala do jiného prostoru. Očistný magický úklid vám udělá dobře. Lépe
Halina Pawlowská už je zase plná sil a optimismu
nasehvezdy.cz
Halina Pawlowská už je zase plná sil a optimismu
Spisovatelka a moderátorka Halina Pawlowská (71) má za sebou velmi náročné období. Před časem ji vážné zdravotní komplikace přivedly až na nemocniční lůžko a sama později přiznala, že bojovala o život
Okurkové osvěžení
tisicereceptu.cz
Okurkové osvěžení
Tenhle nápoj nejenom zažene žízeň, ale postará se i o to, abyste měli krásnou pleť. Je to jedna z nejzdravějších limonád. Suroviny 1 salátová okurka 1 l jemně perlivé minerálky 2 lžíce třtinov
Historická hádanka od Pearl Harboru: Záhada prvního výstřelu vyřešena?
enigmaplus.cz
Historická hádanka od Pearl Harboru: Záhada prvního výstřelu vyřešena?
Tohle nikdo nečekal. Okolo půl sedmé ráno zaznamená americký torpédoborec Ward ve vodách poblíž Pearl Harboru přítomnost jakéhosi záhadného plavidla, kterému na hladinu vykukuje periskop.  
Sušené maso zvládnete i podomácku
panidomu.cz
Sušené maso zvládnete i podomácku
Sušené maso neboli jerky si už několik let získává příznivce i u nás. Kdysi to bylo cosi neznámého, o čem jsme jen kdysi četli v knihách o americkém západě. Dneska si je můžeme klidně koupit, ale také, což je ještě lepší, sami udělat. Můžete si je dát jen tak pro chuť, ale oceníte je i
Industriální styl, hodný šampiona
rezidenceonline.cz
Industriální styl, hodný šampiona
Mezi cihlovými zdmi bývalé továrny se skrývá designový penthouse Jaylena Browna, hvězdy NBA a Boston Celtics. Jde o prostors výhledem na Seaport District, v němž výška stropů nepochybně dosahuje míry ambicí svého majitele. V bostonské čtvrti Fort Point, kde se historie města potkává s jeho současnou energií, se nachází rezidence, která ztělesňuje styl, sílu a
Hokejová hraběnka pobláznila Telč
historyplus.cz
Hokejová hraběnka pobláznila Telč
Nazout brusle, popadnout hokejku a honem na led. Na Ulickém rybníku v Telči je rušno. Hokejisté v teplých svetrech s pětilistou růží na hrudi se musejí před utkáním ještě rozbruslit. Uprostřed jejich chumlu se rozjíždí tmavovlasá usměvavá slečna. Jediná mezi houfem chlapů…   Novému sportu, který v českých zemích získává stále větší popularitu, propadne i
Partyzáni jako bojovníci z lesů? Omyl, zajali i ponorku!
epochaplus.cz
Partyzáni jako bojovníci z lesů? Omyl, zajali i ponorku!
Obvyklé představě partyzánského boje, jako aktivit malých vojenských formací, se vymyká osvobozenecký boj, který probíhal na území Jugoslávie v době druhé světové války. Zde byli partyzáni schopni vybojovat i velké bitvy. Měli i vlastní námořnictvo. Operovali na souši i na moři. Zajali dokonce i ponorku. Příběh ocelového podmořského dravce začíná v roce 1944, kdy italské námořnictvo nasadilo
Laco přináší důkaz, že na velikosti nezáleží
iluxus.cz
Laco přináší důkaz, že na velikosti nezáleží
Existuje zvláštní přesvědčení, že pořádné pilotní hodinky musejí mít průměr menšího talíře. Laco se naštěstí rozhodlo tento mýtus elegantně rozebrat na součástky. Nový Frankfurt 40 GMT zmenšil pouzdro
Nejkrásnější louka Evropy říká autům dost
epochanacestach.cz
Nejkrásnější louka Evropy říká autům dost
Na první pohled to může působit paradoxně. Jedna z nejfotografovanějších krajin Dolomit se rozhodla, že návštěvníků nechce více, ale méně. Alpe di Siusi, největší vysokohorská louka v Evropě, zavádí od léta 2026 nová pravidla příjezdu, která mají jediný cíl – zachovat místo, kvůli němuž sem lidé přijíždějí. Nejde o boj proti turistům. Jde o ochranu
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