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
Někdo z dnešních středoškolaček a středoškoláků může jednou objevit druhou Zemi. Jiný možná postaví přístroj, který takový objev umožní. Iniciativa Generace vesmír chce mladým lidem ukázat, že cesta ke světové vědě nemusí začínat ve velké zahraniční laboratoři. Klidně může začít v české třídě.   Představte si, že jednou objevíte planetu podobnou Zemi. Nebo navrhnete kosmický […]
Ležel v horách více než pět tisíc let. Měl kožešinovou čepici, luk, toulec se šípy a na těle desítky tajemných tetování. Pak přišlo 19. září 1991 a mrtvý muž z doby měděné vstoupil do moderního světa. Dnes odpočívá za sklem archeologického muzea v Bolzanu. Teprve když před ním člověk stojí, naplno mu dojde, jak neuvěřitelný […]
Spánek není vypínač. Během noci se v našem těle odehrává složitá směs oprav, ukládání vzpomínek a regulace energie. Přesto s ním někdy zacházíme jako s něčím, co lze prostě „dohnat“ o víkendu. Jenže organismus podobné účetnictví příliš neuznává. Člověk může strávit v posteli osm hodin a ráno se cítit, jako by celou noc stěhoval nábytek. […]
Včera jsme si připomněli Mezinárodní den ochrany ozónové vrstvy. Před 39 lety se státy světa dokázaly shodnout na něčem, co mělo skutečný dopad: Montrealský protokol pomohl zastavit používání látek, které ozónovou vrstvu ničily. Je to dobrá připomínka, že udržitelnost nemusí znamenat návrat do jeskyně. Někdy stačí jednoduše méně plýtvat. Třeba i energií. A přesně na […]
reklama
Historie
Milánský dóm se stavěl téměř 600 let
Chopil se vlády v Miláně. Ve snaze zvýraznit svou moc a bohatství i význam celého města se vévoda Gian Galeazzo Visconti rozhodne zrealizovat ambiciózní architektonický projekt. Jde o jednu z největších gotických katedrál na světě, která je v mnoha směrech výjimečná!   Katedrála Narození Panny Marie (Duomo di Milano – Milánský dóm) se na náměstí […]
Obávaný Hannibal osudově podcenil soupeře
„Jejich jízda je slabá,“ hlásí Hannibalovi jeho vyslanci, kteří se právě vrátili z tábora Římanů. Punský vojevůdce se tedy odhodlá k rozhodující bitvě. Netuší však, že Scipiona těsně před ní posílí asi 6000 numidských jezdců.   Do bitvy u Zamy, k níž dojde na dohled Kartága (v dnešním Tunisku) v rámci druhé punské války, vyšlou […]
Clípnému Frantšikovi I. se pomstil zhrzený právník
Francouzského krále Františka I. už roky trápí záhadná nemoc. Tělo má poseté boláky a den ode dne slábne. „Je to trest! Za jeho prostopášný život,“ šuškají si dvořané o záletném panovníkovi. Léčba rtutí navíc ani trochu nepomáhá. Spíš naopak.   „Kdyby každá noc byla tak sladká jako tahle,“ usměje se francouzský král František I. (1494–1547) […]
Čím dráždil kancléř Jenštejn českého krále?
Bologna, Padova, Montpellier, Paříž. Na všech těchto ve středověku proslulých univerzitách studuje Jan z Jenštejna, synek z bohaté pražské měšťanské rodiny, která se díky nákupu pozemků vyšvihla mezi šlechtu.   Když se v roce 1373 Jan z Jenštejna (†1400) vrací domů, těší se už pověsti odborníka na kanonické právo a velkého vzdělance. O tři roky později […]
Zajímavosti
Postavte si iglú!
Jakmile napadne sníh, děti okamžitě letí ven, aby pod jejich rukama vznikl sněhulák. Když je materiálu dostatek, pustí se někteří do iglú, inuitského obydlí.   Všichni ho dávají do souvislosti s Inuity, tedy národem, jež přežívá na severu Ameriky a Grónska. Jenže tito obyvatelé studených oblastí užívají slůvko iglú pro veškerá obydlí. Vedle těch sněhových se […]
Iguanodon: První objevený dinosaurus
Dělníci v lomu v Sussexu mají v rukou krumpáče a rozbíjejí obří šutry na menší a ty pak na štěrk. Pak si jeden z nich všimne kamene se zvláštním obtiskem. Schová ho – občas do lomu chodí blázen, který tyto zvláštnosti kupuje. Třeba zaplatí i tentokrát…   Je příjemné slunečné odpoledne a anglický lékař Gideon Mantell (1790–1852) […]
Nouvelle cuisine: Revoluce v kuchyni
Těžké omáčky. Dlouhosáhlé přípravy a hodiny nad hrnci. Vše má svůj pořádek, jasnou hierarchii a tradici, ze které se nesmí ustoupit. Zkostnatělost má ale s 60. lety minulého století padnout. Ve Francii se rodí nový směr, bez kterého by dnešní gastronomie vypadala úplně jinak: Nouvelle cuisine!   Amerikou hýbou hippies alias květinové děti, Francií zase Nová […]
Polycefalie: Opravdu víc hlav víc ví?
Dne 13. února 2009 se v texaském Frankstonu narodí dvouhlavé tele. Přežije jen pár dní. I když vzbudí pozdvižení, nejde o tak velkou vzácnost, jak by se mohlo zdát.   Dvouhlavá telata se rodí po celém světě, i když většinou mrtvá. Pokud přežijí, málokdy to zvládnou víc než pár hodin. Rekordmanem je dvouhlavé tele narozené na […]
Záhady a napětí
Most Overtoun: Proč tu psi skáčou do prázdna?
Na první pohled je to jen krásný kamenný most u skotského sídla Overtoun House. Jenže majitelům psů se během jeho přecházení již desítky let svírá žaludek. Některá zvířata se podle svědků náhle rozběhnou k okraji a skočí dolů do rokle, jako by je tam něco přivolalo. Jde jen o nešťastně řešené místo, nebo tu psi […]
Templářské tajemství na Veveří: Poklad dvanácti apoštolů
Dvanáct stříbrných soch apoštolů v životní velikosti a snad i svatý grál – to vše podle legendy leží pod hradem Veveří. Templáři zde prý po svém pádu ukryli kořist lstí odebranou moravskému knížeti. Ačkoli historici většinou krčí rameny, do podzemí se stále vydávají hledači pokladů s nadějí, že to budou právě oni, kdo učiní objev století.   […]
Legendní režisér Steven Spielberg šokuje: Věří v existenci mimozemšťanů! Má přístup k tajným materiálům?
Uznávaný režisér Steven Spielberg svým novým filmem Den odhalení, který měl nedávno premiéru i v českých kinech, vyvolal poprask. Jeho téma totiž údajně není až tak moc sci-fi, jak si mnozí myslí. Samotný režisér v existenci mimozemšťanů věří a říká, že tu možná byli vždycky!   Každý nový film legendárního režiséra Stevena Spielberga (*1946) poutá […]
Winchester Mystery House: Stavěla slavná dědička past na duchy?
Dveře se otevřou a za nimi není pokoj, ale prázdný prostor. Schodiště stoupá ke stropu a chodba se bez varování zlomí jiným směrem. V kalifornském San José stojí sídlo, které působí, jako by ho někdo stavěl podle plánů, jimž měl rozumět spíš mrtvý než živý. Byl Winchester Mystery House jen výstředním domem bohaté vdovy, nebo […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Supersport Vallhala Spider s otevřenou střechou bude dodáván už na podzim 2027
iluxus.cz
Supersport Vallhala Spider s otevřenou střechou bude dodáván už na podzim 2027
Po úspěšném uvedení oceňovaného kupé Valhalla s plug-in hybridním pohonem a motorem uprostřed na začátku tohoto roku představuje Aston Martin s hrdostí nový model Valhalla Spider – vrcholný supersport
Soulad podle harmonie zlatého řezu
rezidenceonline.cz
Soulad podle harmonie zlatého řezu
Vznosné křivky rezidence Habitação Áurea v regionu Amarante na severu Pyrenejského poloostrova vytvořily díky dané koncepci prostor s přirozenou rovnováhou, otevřený krajině, světlu i modernímu rodinnému životu. Neutrální barevná paleta a přírodní textury, jež byly použity v dokonalém souladu, přispívají ke klidné a sofistikované atmosféře, zatímco architektonické prvky, jako je prosklená terasa a stropy v
Ženy stonají jinak
panidomu.cz
Ženy stonají jinak
Ne, nejde jen o ženský přístup ke zdraví, který často bývá zodpovědnější než u mužů. Mnohem podstatnější jsou reálné rozdíly ve fungování ženského a mužského organizmu, a tím i odlišnosti v průběhu nemocí a účinku léků. Medicína je až do nedávna přehlížela, ale časy se začínají měnit. Rozdíly se začnou ukazovat v dospívání, rozhodující roli
Nesnesla jsem, že si sousedka plní svůj sen
skutecnepribehy.cz
Nesnesla jsem, že si sousedka plní svůj sen
Sousedka Míla byla posedlá aranžováním a výrobou dekorací. Otevřela si obchůdek, který slušně vynášel. To jsem nemohla nechat jen tak! Hodně lidí nemá to štěstí, že by se věnovali práci, která je baví, nebo o jaké vždycky snili. Ani mně se to nepoštěstilo, vyučila jsem se prodavačkou. Sedět za kasou v supermarketu mě ale nikdy netěšilo. Se sousedkou
Konzerva je starší než otvírák. První plechovky se otevírají kladivem a dlátem
epochaplus.cz
Konzerva je starší než otvírák. První plechovky se otevírají kladivem a dlátem
Představte si, že si chcete dát k obědu konzervované maso, jenže místo obyčejného otvíráku musíte hledat kladivo a dláto. Na začátku 19. století nejde o žádnou historickou kuriozitu, ale o běžnou realitu. Konzerva totiž přichází na svět o desítky let dříve než nástroj, který ji dokáže pohodlně otevřít. Technický paradox má jednoduché vysvětlení: vynálezci nejprve
Pro rybu do zoo? V Troji nabízejí zájemcům karase, kteří z české přírody málem vymizeli
21stoleti.cz
Pro rybu do zoo? V Troji nabízejí zájemcům karase, kteří z české přírody málem vymizeli
Zoologické zahrady vnímají lidé jako místo, kde jsou chovány zejména exotické a často ohrožené druhy zvířat. Moderní zoo přitom rozvíjejí nejrůznější formy ochranářských aktivit. Takové aktivity se ov
Vojenský kaplan se obětoval pro ostatní
historyplus.cz
Vojenský kaplan se obětoval pro ostatní
Mezi zajatci se strhla hádka. Nechce se jim uklízet latríny. Emil Kapaun nečeká, až se dohodnou. Jde a udělá tu odpornou práci sám. A tak je to se vším. Obětavý kaplan by se pro ostatní rozkrájel. Pořád vymýšlí nějaké užitečné „maličkosti“, které jim aspoň trochu usnadní tvrdý život v táboře. Zachrání tím spoustu životů, ale sám
7 rad pro štíhlou postavu
nejsemsama.cz
7 rad pro štíhlou postavu
Máte kila navíc nebo se vám je už podařilo shodit, ale nevíte, jak si udržet vysněnou postavu? Zdravá a pestrá strava a pravidelný pohyb, to je podstata hubnutí, to všichni samozřejmě vědí. Kromě toho ale existují i další pravidla, která se vyplatí dodržovat. 1) Vyvážený jídelníček Chcete-li dobře vypadat a být zdravá, zapomeňte na guláš se šesti.
Pražský Ringhoffer 1906 vás přenese do časů Orient Expressu
epochanacestach.cz
Pražský Ringhoffer 1906 vás přenese do časů Orient Expressu
Praha nabízí nevšední gastronomický zážitek, při kterém se výhled za oknem neustále mění. Historický jídelní vůz Ringhoffer 1906 zve na dvouapůlhodinovou cestu Prahou a jejím okolím, během níž si hosté vychutnají čtyřchodové menu v atmosféře připomínající legendární Orient Express. Autentický železniční vůz z roku 1906 vrací cestování eleganci počátku minulého století. Jeho interiér zdobí dřevěné
Irský upír Abhartach: Předobraz legendárního Drákuly?
enigmaplus.cz
Irský upír Abhartach: Předobraz legendárního Drákuly?
V každé zemi najdeme strašidla, démony a tajemné tvory neodmyslitelně spojené s tamní kulturou. Irsko není výjimkou – mezi tamní legendy patří i bytost známá jako Abhartach – děsivý upír z mýtů, o kte
Závin se špenátem a ricottou
tisicereceptu.cz
Závin se špenátem a ricottou
Tenhle slaný štrúdl je jednoduchý na přípravu a chutná teplý i studený. Potřebujete 1 balíček listového těsta 400 g mraženého listového špenátu 200 g ricotty 1 cibuli 3 stroužky česneku 50
Zpražila Decastelo staronového partnera krutým „ne“?
nasehvezdy.cz
Zpražila Decastelo staronového partnera krutým „ne“?
Tady to začíná být opravdu zajímavé. Není to dlouho, co jsme psali o tom, jak herečka ze seriálu Slunečná Eva Decastelo (47) málem zapřela svého exmanžela, scenáristu Reného Decastela (53), s nímž zno
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