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
Připomíná to námět apokalyptického seriálu The Last of Us. A skoro mrazí při představě, že podobné horory probíhají v přírodě běžně – s tím rozdílem, že nejde pouze o infekce parazitickou houbou a že predátor dokáže ovládat jen vývojově nesrovnatelně jednodušší živočichy, než je člověk.   Najít skutečné zombie není nic nemožného ani v naší přírodě. […]
Do Českého Švýcarska se vrátil oheň. Plameny z jara jsou sice bezpečně uhašeny, znovu ale vzplály varovné hlasy volající po krocích, které by vzrůstající riziko lesních požárů do budoucna minimalizovaly.   Lesní požáry už nejsou problémem pouze vzdáleného Středomoří. S oteplujícím se klimatem, vysušenou krajinou a desetiletími lidských zásahů se z nich stává nový evropský normál […]
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 […]
Když se narodí dítě s těžkou vrozenou vadou jícnu, neodvratně ho čeká série náročných operací a dlouhé roky zdravotních komplikací. Britští vědci nyní představili technologii, která by jednou mohla nabídnout jiné řešení. V laboratoři se jim podařilo vypěstovat funkční náhradu části jícnu, která úspěšně obstála v testech na zvířatech.   Jícen je svalová trubice, spojující […]
reklama
Historie
Pád Maximiliena Robespierra: Zuřivého jakobína nikdo nelitoval?
V horké letní noci trpí Robespierre krutými bolestmi. Zmítá se na lůžku a hlavou mu víří kolotoč myšlenek. Když se probere z mdlob, vzpomene si na jednu z pařížských jasnovidek, kterou před lety navštívil. Prorokovala mu tragický osud. Tehdy se jí vysmál.   „Robespierre to dotáhne hodně daleko,“ prohlásil o něm jiný významný francouzský revolucionář, Honoré de Mirabeau […]
Vařila prvorepubliková hospodyně podle sandtnerek?
Hospodyně Františka přemítá, co bude dneska vařit. Pracuje v rodině pana rady a ten má mlsný jazýček. Zalistuje proto rychle v jedné ze „sandtnerek“.    „Zaplaťpánbůh, že už nemusíme chodit s lístky,“ povzdechne si směrem ke služce, kterou má v kuchyni k ruce. Ještě v prvních letech nové republiky fungoval kvůli nedostatku zboží přídělový systém. […]
Úchvatné tiáry britské královské rodiny: Svatební klenot Alžbětě II. praskl
Budoucí královna Alžběta II. se 20. listopadu 1947 vdává za svého vyvoleného Filipa Mountbattena. Aby měla na obřad ve Westminsteru podle tradice „něco vypůjčeného“, její matka jí věnuje jedinečný šperk ze své soukromé kolekce – diamantovou tiáru královny Marie.   „Je to ošklivá špičatá tiára,“ zhodnotil klenot britský politik Sir Henry Channon (1897–1958), když si […]
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 […]
Zajímavosti
Upíří jelen: Seznamte se, kabar pižmový!
Vypadá jako jelen, vlastní dlouhé špičaté zuby, jeho pižmo najdeme v parfémech celého světa a narazit na něj je velice těžké. Tato charakteristika sedí na jediného zástupce zvířecí říše – kabara pižmového.   V Evropě ho jako první popíše švédský botanik Carl Linné (1707–1778), jenže v Asii o něm ví už celá staletí. Zvíře připomíná jelena, v kohoutku dosahuje […]
Ledová expedice: Jak dostat kostku ledu na Saharu
Arktický mráz, tři tuny ledu, jedno auto, tisíce kilometrů, písek a tropické vedro. To je ve zkratce zdánlivě nesplnitelná výzva, která se promění v úžasné dobrodružství a důkaz, že nic není nemožné.   Vše začíná na podzim 1958 jako hec. Rádio Luxembourg přichází s neobvyklou výzvou. Tomu, kdo dokáže dopravit ze severního polárního kruhu na […]
Smola: Voňavé a léčivé slzy stromů
Když se v lese přiblížíte k jehličnanům, můžete ucítit zvláštní vůni. Vychází z lepkavé látky, která vytéká z poraněného kmene. Kdysi lidé věřili, že právě v ní je síla stromu. Smola také patří k nejstarším surovinám, s nimiž lidstvo pracovalo.   Chrání strom před infekcí, hmyzem a vysycháním. Dá se říct, že je to přírodní […]
Kde se vzalo námořnické tetování?
Do přístavu připlouvá loď, a jakmile zakotví, na souš se vyhrnou námořníci, aby utišili žízeň i chtíč. Jdou oním zvláštním houpavým krokem. A kdyby je někdo nepoznal podle toho, napoví mu potetované paže. Námořnická kérka je totiž něco jako uniforma.   Tetování jako takové má velmi hlubokou minulost. Tetovaný je už pračlověk Ötzi, který zemřel […]
Záhady a napětí
Vražedný dům v Chicagu: Nejděsivější místo USA?
Na rohu ulic West 63rd Street a South Wallace Avenue v Chicagu stojí nenápadná pošta. Nemá žádný speciální nápis ani pamětní desku. A přesto prý místní zaměstnanci neradi chodí do sklepa. Právě tady totiž sídlil sériový vrah H. H. Holmes a také nejpropracovanější past na lidi v dějinách americké kriminalistiky.   Herman Webster Mudgett (1861–1896) přijíždí […]
Tragédie v Aberfanu: Předpověděla dívka smrtící sesuv půdy?
Ráno odchází do školy jako tisíce jiných dětí. Ještě předtím se ale svěří matce s podivným snem. Ve škole, kterou dobře zná, tentokrát nevidí budovu ani spolužáky. Místo nich se před ní tyčí cosi temného. O několik hodin později je mrtvá. Mohla devítiletá   Zahlédla vlastní osud? Dne 21. října 1966 se velšská vesnice Aberfan […]
Upírka z Dunaje: Žena, která chodila po vodě
Je pozdní noc a po hladině Dunaje kráčí žena. Neklesá, nezanechává vlny a pohybuje se tiše, jako by černá voda pod ní byla dlažbou. Muž, který ji z břehu pozoruje, ji údajně poznává, jenže Ruža Vlajna má být v tu chvíli mrtvá celé století. Vesnice Kisiljevo v severovýchodním Srbsku má s upíry nevyřízené účty.   […]
Poltergeist od Rudňan: Záhadné kamenování odnikud!
Kámen dopadl na hladinu řeky bez zvuku, jako by se samotná voda rozhodla mlčet. Mladší z chlapců bolestně strhl ruku, ale další úder ho zasáhl dříve, než si vůbec uvědomil pohyb: tiše, nelidsky přesně. „Odkud…?“ zachrčel starší student, ale v houštině na břehu nebyl nikdo, kdo by po nich mohl cokoliv házet. A když se […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Hit zdravého stravování: Konzervované sardinky!
21stoleti.cz
Hit zdravého stravování: Konzervované sardinky!
Odborníci na výživu nabádají k tomu, abychom alespoň dvakrát týdně konzumovali mořské ryby, což ovšem může být zatěžující pro peněženku. Dobrou zprávou je, že hvězdou doporučení se nyní staly konzervo
Svěřila jsem své trápení toulavému psovi Bobimu
skutecnepribehy.cz
Svěřila jsem své trápení toulavému psovi Bobimu
Moje dětství bylo těžké. Naše maminka zemřela. Táta byl despota. Jedinou mojí spřízněnou duší se stal toulavý pejsek Bobi. Doma jsem jako dítě měla peklo. Maminka zemřela, když jsem byla ještě malá. Otec hodně pil a často dokázal propít skoro celou výplatu. Čtyři roky jsem chodila do školy u nás na vesnici. Měli mě tam rádi, protože
Nezapomínejte na petržel
panidomu.cz
Nezapomínejte na petržel
Obsahuje totiž spoustu zdraví prospěšných látek, a dokonce je považována za tuzemskou superpotravinu.   Zázrak plný vitaminů V petrželi najdete vitaminy B1, B2, B3, B6, provitamin A, vitamin E a velké množství vitamínu C (nejvíce ho má nať, dokonce třikrát více než pomeranč, v kořeni je také, ale je ho desetkrát méně), a kyselinu listovou. Ale
Kufr, který se konečně rozjede. Proč lidé čekají na kolečka téměř pět tisíc let?
epochaplus.cz
Kufr, který se konečně rozjede. Proč lidé čekají na kolečka téměř pět tisíc let?
Kolo patří k nejstarším vynálezům lidstva, ale kufr na kolečkách se objevuje až ve 20. století. Po tisíce let lidé vláčejí těžká zavazadla v rukou, na zádech nebo je nakládají na povozy. Stačí přitom jediný nápad, připevnit ke kufru kolečka. Jenže právě ten nikdo dlouho nedostane. Až jednou se na letišti ozve věta, která změní
Synagoga, která znovu promlouvá
epochanacestach.cz
Synagoga, která znovu promlouvá
Na rohu dnešních ulic Spálená a Přízova v Brně se už více než osmdesát let nachází prázdná parcela. Jen málokdo z kolemjdoucích tuší, že právě zde stála jedna z největších synagog v českých zemích – monumentální stavba, která byla po desetiletí symbolem sebevědomé a prosperující židovské komunity. Brněnská Velká synagoga byla slavnostně otevřena v roce
CMF představuje Clip Pro: Svá první otevřená sluchátka
iluxus.cz
CMF představuje Clip Pro: Svá první otevřená sluchátka
Společnost CMF dnes představila CMF Clip Pro – svá první otevřená sluchátka, vytvořená s cílem nabídnout zážitek z poslechu, který působí stejně přirozeně, jako zní. CMF Clip Pro jsou navržena pro lid
Sardinie: Karibik uprostřed Středomoří, který vás okouzlí
nejsemsama.cz
Sardinie: Karibik uprostřed Středomoří, který vás okouzlí
Italský ostrov je nejen místem překrásných pláží, které se vyrovnají těm exotickým. Najdete na něm i spousty zajímavostí k objevování. Fascinující stará malebná městečka či třeba dechberoucí útesy. Druhý největší italský ostrov o velikosti přibližně jedné třetiny České republiky vás ohromí nejen svými plážemi s bílým pískem jako v Karibiku, ale i divokou krajinou, také bohatou historií i luxusem.Zjistěte,
Návrat Krejčíka k bývalému? Ne! Randí už s jiným!
nasehvezdy.cz
Návrat Krejčíka k bývalému? Ne! Randí už s jiným!
Už se v tom začínáme ztrácet. Nejprve vše nasvědčovalo tomu, že herec ze seriálu Kamarádi, Daniel Krejčík (32), se po krachu manželství s ředitelem školy Jiřím Vymětalem (43) vrátí ke svému bývalému p
Prostor, který roste s dítětem
rezidenceonline.cz
Prostor, který roste s dítětem
Je to svět, který se vyvíjí a proměňuje od prvních dětských krůčků až po dospívání. Správně navržený pokoj podporuje bezpečí, kreativitu, soustředění i odpočinek a reaguje na každou etapu života a specifické potřeby dítěte. Pro nejmenší je klíčová jednoduchost, měkkost a bezpečí, proto by pokoj miminka měl působit především klidně a útulně. Předškolní věk je
Grilovaný lilek s česnekem
tisicereceptu.cz
Grilovaný lilek s česnekem
Suroviny na 4 porce 1 lilek 3 stroužky česneku snítka oregana 100 ml olivového oleje sůl Postup Na mírně rozpálený gril nebo do grilovací hliníkové misky narovnejte nasucho kolečka lilku.
Bratři Kleinové: Stavbu železnic v monarchii ovládli samouci
historyplus.cz
Bratři Kleinové: Stavbu železnic v monarchii ovládli samouci
Na začátku je jich šest a začínají poměrně skromně, úpravami zahrad, rybníků a parků. Postupně si ale troufnou i na stavbu železnic. Během 40 let vybudují na území monarchie třetinu všech tratí, tedy asi 3500 kilometrů! Ohromně na tom zbohatnou… Podnikavého ducha zdědí bratři Kleinové po otci Johannovi (1756–1835), který má malý statek na Jesenicku
Kletba Tamerlánovy hrobky: Otevřeli hrob a za dva dny začala invaze do SSSR. Náhoda, nebo varování?
enigmaplus.cz
Kletba Tamerlánovy hrobky: Otevřeli hrob a za dva dny začala invaze do SSSR. Náhoda, nebo varování?
V červnu 1941 sovětští vědci otevírají hrobku slavného dobyvatele Tamerlána v uzbeckém Samarkandu. O dva dny později nacistické Německo zahajuje operaci Barbarossa a napadá Sovětský svaz. Shoda dat je
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