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
Tělesná vůně je tichý, ale silný průvodce našich každodenních setkání. Podle 95 % Čechů ovlivňuje první dojem víc, než si uvědomujeme. Přesto mnozí z nás zanedbávají pravidelnou péči o svěžest. Co všechno za tímto fenoménem stojí a jak se na osobní hygienu díváme v porovnání se zahraničím?   Podle nejnovějšího průzkumu společnosti Unilever, lídra kategorie deodorantů, pod […]
Světlušky zná snad každý – ať už z Broučků Jana Karafiáta, anebo z procházek večerní krajinou. Zpravidla z nich však vidíme jen světélka poletující letní nocí – jak vypadají dospělci (či dokonce larvy) většina lidí vůbec netuší. Pro to a dalších „21“ důvodů vyhlásila Česká společnost entomologická v roce 2025 Hmyzem roku právě světlušky.   V naší […]
Na observatoři vysoko v chilských Andách odstartoval desetiletý projekt, který promění naše vnímání vesmíru. Nový teleskop s největší digitální kamerou na světě zveřejnil první snímky a ukázal, co všechno nás čeká. Na vrcholu Cerro Pachón v Chile se 23. června 2025 otevřely dveře do nového věku astronomie. Dalekohled Vera C. Rubinové za 810 milionů dolarů, vybavený […]
Představte si robota, který se sám orientuje v temném podzemí, analyzuje stěny tunelu a rozpozná člověka i nečekanou trhlinu. Ne, to není sci-fi – to je JULBOT. A právě takoví roboti se dnes učí pracovat v podzemní laboratoři ČVUT. Moderní stavebnictví se posouvá hluboko pod zem – a s ním i technologie, které mu pomáhají. […]
reklama
Historie
První pasažéři vlaku si ani nesedli
„Už jedou! Už jedou!“ mává jezdec na koni praporkem, když kluše po železničních pražcích. Za ním supí lokomotiva Active, která později v historii vyfasuje označení Lokomotiva č. 1. Je totiž úplně první, která sveze cestující.   Úterý 27. září 1825 je mimořádně významný den. Železniční inženýr a konstruktér parních lokomotiv George Stephenson (1781–1848) se rozhodl […]
V bitvě u Cassana utrpěl Evžen Savojský jedinou porážku
Je to pro něj jako hra kočky s myší. Tu předstírá ústup, jindy zase útok, aby soupeře oklamal. Jen jedinkrát to princi Evženovi Savojskému nevyjde podle jeho představ…   Po smrti bezdětného krále Karla II. (1661–1700) se v Evropě rozhoří válka o španělské dědictví. Bojuje v ní Francie proti alianci tvořené habsburskou monarchií, potažmo Svatou […]
Bílá věž: Hradecká dominanta má popletené hodiny
Na výšku měří přes 70 metrů a z jejího ochozu se otevírá pohled na celý Hradec Králové, Orlické hory i Krkonoše. V útrobách Bílé věže se ukrývá jeden z největších zvonů u nás, který byl odlit mnohem dříve, než se vůbec podařilo dominantu východočeské metropole dostavět!   Hradec Králové, který si letos připomíná již 800 […]
Bitva na Lechu: Maďaři zmasakrovali české jezdce jako první
Valí se jako lavina. Maďarští kočovníci v polovině 10. století podnikají smělé nájezdy směrem na západ. Přes území dnešního Německa se dostávají až do současné Francie nebo Itálie, a když v létě 955 opět vyrazí plenit, dochází východofranckému králi Otovi I. trpělivost.   Zatímco Maďaři plení Bavorsko a Švábsko, mocný panovník Ota I. (912–973) volá […]
Zajímavosti
Jak funguje Efekt Streisandové?
Zdá se, že stejně jako existují zákony fyzikální, existují i zákony sociální, které jsou za daných podmínek platné vždy a všude. Zejména, když se nám to hodí nejméně.   Jedním z takových zákonů je Efekt Streisandové, což je sociální fenomén, jehož poučka by mohla znít: „Čím víc něco budete tlačit do stínu, tím víc na […]
Dřevěný louskáček: Ikona Vánoc i symbol štěstí
U nás známe louskáček především jako kovový nástroj na ořechy. Ve světě jsou ale s vánočním obdobím pevně spojeny dřevěné figurky „louskáčků“, které slouží jako oblíbené dekorace. Jejich původ můžeme vystopovat až do německé oblasti Krušných hor.   Dřevěné postavičky, které rozlousknou ořechové skořápky ve svých ústech, původně slouží jako symbol štěstí a ochrana proti […]
Vatikánská apoštolská knihovna: Skvost plný pokladů
Pro někoho noční můra, pro jiného splněný sen. Úzké uličky připomínají zapeklitý labyrint, z něhož není úniku. Regály, které údajně měří několik kilometrů, zaplňují zaprášené knihy.   Její historie sahá až do 4. století, tehdy ale není schraňování knih organizováno, a tak jde spíše o soukromé sbírky Svatých otců. Takový Bonifác VIII. (1235–1303) vlastní velký počet […]
Hrad Kemi: Největší sněhová pevnost světa?
Nevěsta v bílém kimonu s křiklavě červeným lemováním přijme od nastávajícího chotě pohárek saké a dopřeje si doušek. Tři svatební přísahy doplňují tři různě velké nádobky na tento alkohol. Rodina se snaží ve společenském úboru neklepat zimou. Vždyť panuje teplota pod nulou!   Finské městečko Kemi má populaci téměř 19 500 lidí. Leží na kraji nejsevernější […]
Záhady a napětí
Nemoc duchů: Stará kletba z indiánských plání?
Co když slabost, horečka nebo ztráta vůle žít nepramení z nemoci těla nebo duše, ale z temného stínu, který se na nás přilepí? Takovou otázku si kladou indiáni napříč celou Severní Amerikou, a jejich odpověď je jasná: Je to možné, a jde o takzvanou nemoc duchů!   Původní obyvatelé Ameriky, zejména kmen Navahů, obecně věří, že duchové […]
MÝTY A RITUÁLY: S bohyní Mokoš na křídlech víl
Když je ze země cítit vláha a nohy se začnou jemně bořit do mokré půdy, nastává chvíle, kdy do života vchází slovanská bohyně Mokoš. A tak se připravte zapustit kořeny, protože Mokoš přináší dary samotné matky Země.   Staroslovanská bohyně Mokoš je vládkyní přírody, úrody, léčení a plodnosti země. Jak už její jméno napovídá, vychází […]
Konec světa v roce 2060: Co věděl Newton?
Sir Isaac Newton. Jméno, které dnes symbolizuje vědeckou racionalitu a takové objevy, jakými je například gravitační síla. Jen málokdo ale tuší, že v soukromí se Newton věnoval alchymii, astrologii či náboženství, a že byl posedlý předpověďmi budoucnosti. Opravdu takto dokázal stanovit rok, kdy přijde konec světa?   Ve dne badatel, v noci mystik. I tak by se […]
Kam zmizel nacista Hans Kammler?
Hans Kammler (1901–?) je jednou z nejzáhadnějších postav nacistického režimu. Jako generál Waffen-SS má na starosti klíčové projekty Třetí říše, zejména výstavbu koncentračních táborů včetně plynových komor a krematorií. Je také zapojen do vývoje tajných zbraní a raketových technologií, což z něj činí mimořádně cenný zdroj informací pro poválečné mocnosti. Co se s ním ale stalo? […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
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
Našla si Krejčíková partnera, který ji chce využít?
nasehvezdy.cz
Našla si Krejčíková partnera, který ji chce využít?
Je tomu pár měsíců, co hvězda seriálu Ulice Aneta Krejčíková (34) oznámila, že už netvoří pár s otcem svých dvou dětí, tělocvikářem a fitness trenérem Ondřejem Rančákem (39). Povídá se, že ale sama
Věk panzootiky je tu: Vědci varují před nemocemi přeskakujícími mezi druhy
21stoleti.cz
Věk panzootiky je tu: Vědci varují před nemocemi přeskakujícími mezi druhy
V posledních letech si výzkumníci všímají stále rostoucí hrozby panzootik, tedy chorob, které jsou schopné přeskakovat mezi různými biologickými druhy. Jedním z nejvýraznějších příkladů je v tomto ohl
Výlet za hravým světem Friedrichsreicha Hundertwassera
panidomu.cz
Výlet za hravým světem Friedrichsreicha Hundertwassera
Dnešní putování bude tak trochu netradiční. Vydáme se totiž do Rakouska po stopách umělce, architekta a vizionáře, který mnohým nedal spát, v jiných zas budí stále obrovské nadšení. Jeho stavby jsou stejně bláznivé jako okouzlující a můžeme vám slíbit, že nudit se rozhodně nebudete. Navíc vám zcela jistě vykouzlí úsměv na tváři. Sám jejich autor asi
Špindlerovské sejkory – Ochutnávka krkonošské tradice
epochanacestach.cz
Špindlerovské sejkory – Ochutnávka krkonošské tradice
V sobotu 30. srpna 2025 se uskuteční druhý ročník sousedského setkání a gurmánské soutěže s názvem ŠPINDLEROVSKÉ SEJKORY. Akce začne ve 13 hodin v městském parku v centru Špindlerova Mlýna vystoupením místního folklorního souboru Špindleráček. Od 13:30 si pak budete moci celé odpoledne pochutnat na různých variantách oblíbené krkonošské bramborové speciality od soutěžících, kterými jsou
Fascinující hyeny: Tady vládnou samice!
epochaplus.cz
Fascinující hyeny: Tady vládnou samice!
Vědci se již mnoho let zabývají zkoumáním života hyen a nacházejí u nich mnoho vlastností společných s člověkem. Jejich inteligence i sociální život se vyvíjely podobně jako u primátů a jak ukázaly vědecké pokusy, hyeny jsou v některých případech dokonce ještě chytřejší. Vědce překvapila i hyení vychytralost. Při získávání odměny ve formě potravy nejen spolupracují,
Heulská dívka: Dívka bez jména, které se dostalo spravedlnosti až po čtyřiceti letech
enigmaplus.cz
Heulská dívka: Dívka bez jména, které se dostalo spravedlnosti až po čtyřiceti letech
Osud jedné neznámé dívky se stal záhadou, která je i po desetiletích zahalená rouškou tajemství. Tělo nalezené u dálnice v Nizozemsku nebylo nikdy identifikováno. Co se stalo mladé dívce, kterou někdo
Kuskus a jeho chutě
tisicereceptu.cz
Kuskus a jeho chutě
Jméno kuskus je převzaté z arabštiny, jedná se totiž o tradiční severoafrické jídlo. Postupem času se rozšířilo do celého světa. Kuskus je spařená a do kuliček tvarovaná krupice. K jeho výrobě se použ
Pikantní cuketový salát
nejsemsama.cz
Pikantní cuketový salát
Nejvhodnější jsou pro tuhle chuťovku malé cukety. Ingredience na 4 sklenice: ● 2 kg cuket ● 2 chilli papričky ● 1 česnek Na nálev: ● 1 l vody ● 200 ml vinného octa ● 1 Deko ● 10 kuliček pepře ● 10 kuliček nového koření ● 3 lžíce cukru ● sůl Postup: Umyté cukety a oloupané stroužky česneku nakrájíme na plátky. Papričky očistíme a nakrájíme na proužky. Vše postupně naskládáme do vymytých sklenic. Vodu smícháme
Nechci chlapa, který nedrží slovo
skutecnepribehy.cz
Nechci chlapa, který nedrží slovo
S Janem jsme se seznámili v práci. Často jsme spolupracovali, takže se nikdo nedivil, když mezi námi přeskočila jiskra. Když se mi vyznal ze svých citů s prosbou, jestli s ním chci chodit, odpověděla jsem: „Ano, ale pokud nám to vydrží pět let, požádáš mě o ruku,“ řekla jsem a on se na mě nechápavě podíval. Oběma nám totiž táhlo na
Jižní Burgenland láká na golfové balíčky
iluxus.cz
Jižní Burgenland láká na golfové balíčky
Když se celý resort Reiters Reserve v Bad Tatzmannsdorfu v Jižním Burgenlandu zahalí do zlatých podzimních barev, začíná možná nejkrásnější golfové období roku. Pozoruhodná osmnáctka, k tomu příjemná
Václavové v českých dějinách: Osvícení vladaři, světci i opilci
historyplus.cz
Václavové v českých dějinách: Osvícení vladaři, světci i opilci
Více slávy – to je význam jména Venceslav, z něhož se později zrodil Václav. V české historii přitom byla celá řada mužů, která svému jménu skutečně dostála a zajistila mu slávu. Jméno Václav dobrých pět staletí hrdě nosili Přemyslovci i Lucemburkové, a dokonce jeden habsburský arcivévoda. Dodnes se jedná o jedno z nejpoužívanějších jmen u
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