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
Česká budoucnost netušených výpočtů začala. Na VŠB – Technické univerzitě Ostrava byl slavnostně spuštěn první český kvantový počítač. Jmenuje se VLQ, váží stovky kilogramů, pracuje při teplotě nižší než ve vesmíru – a otevírá zcela novou kapitolu vědy i průmyslu. V Ostravě, ve zdejším národním superpočítačovém centru IT4Innovations, se 23. září 2025 odehrál okamžik, který […]
Nenápadný kousek keramiky na prstu může nahradit hodinky, platební kartu i zdravotní deník. Niceboy ONE Ultra, první chytrý prsten s integrovanými platbami, přináší do světa nositelné elektroniky funkce, které zatím nikdo jiný nedokázal spojit. Na první pohled vypadá jako obyčejný elegantní doplněk. Váží jen pár gramů, v černém keramickém provedení působí spíše jako decentní šperk […]
Toyota v Evropě otestovala a zařadila do provozu čtyři nákladní vozy s vodíkovým pohonem. Na trasách v Belgii, Nizozemsku, Německu a Francii najely přes 80 tisíc kilometrů a ušetřily více než 80 tun emisí CO₂ oproti dieselovým vozům. Vodík na dálkové trasy Čtveřice nákladních vozidel s palivovými články rozváží díly z evropského centra Toyota Parts […]
Na první pohled vypadají jako obyčejní vlci. Ale zdání klame. Na pobřeží Britské Kolumbie  na západě Kanady žije jedinečná populace „mořských vlků“ – predátorů, kteří se místo lovu jelenů a bizonů vydali na úplně jinou cestu.   Vlny a přílivy se staly jejich revírem, ryby a škeble jejich kořistí. Jsou to vlci, kteří plavou, hrabou […]
reklama
Historie
Zemětřesení jako boží trest? Ve zbožném Lisabonu zůstaly stát nevěstince!
Zoufalý Josef I. prochází troskami Lisabonu. Beznaděj bije do očí. Z tepajícího velkoměsta zbyla jen hromada sutin. „Je to snad boží trest?“ ptá se sám sebe šokovaný portugalský panovník.   Obyvatelé Lisabonu nemohli dospat. V kalendáři je 1. listopad, na který připadá Slavnost Všech svatých. „Lisabon neviděl hezčí ráno než onoho listopadového dne, slunce naplno zářilo, celé […]
Krvavý skrček dal jméno teroru
Velká Stalinova politická čistka v Sovětském svazu 30. let minulého století si vyžádala na milion obětí. Označením pro toto krvavé období je slovo, při jehož vyslovení dodnes běhá mráz po zádech – Ježovština.   Otec petrohradského rodáka Nikolaje Ivanoviče Ježova (1895–1940) je mistrem mnoha řemesel a dokáže se živit jako hudebník, malíř pokojů či vedoucí nevěstince. […]
Proč spadla Cválající Gertruda?
Most přes Tacomskou úžinu nedaleko amerického Seattlu má být zázrakem moderního stavitelství…„Bude to třetí nejdelší visutý most světa,“ slibuje konstruktér Leon Solomon Moisseiff, který svými nápady již inspiroval obdivovaný projekt mostu Golden Gate v San Francisku.   Zadání je ale pro něj příliš konvenční. Požadované příhradové vazníky nahrazuje modernějšími a podstatně subtilnějšími deskovými nosníky. „Most tak […]
Charles de Gaulle se nikdy nevzdal
Projektily z kulometu tříští prezidentovu limuzínu. Muž skrytý uvnitř ale jako zázrakem vyvázne nezraněn. Ani tento ze 30 atentátů není úspěšný a Francie o svého hrdinu nepřijde.   Mladík z přísně věřící rodiny Charles de Gaulle (1890–1970), absolvent jezuitské koleje, touží po kariéře v armádě. Vojenskou akademii ukončí jako třináctý z 211 kadetů. Ve 24 letech vstupuje do […]
Zajímavosti
Dentální nit: Od kdy ji používáme?
Už archeologické nálezy dokazují, že se naši dávní předkové zbavují nečistot mezi zuby pomocí tenkých špičatých větviček. Dnes máme větší komfort: k odstranění jídla a plaku z obtížně dostupných míst používáme dentální nit. A tu svou mají i opice!   Za vynálezce dentální niti je považován americký zubař Levi Spear Parmly (1790–1859), který už v […]
Aniva: Maják s atomovým osudem
Mlha tak hustá, že by se dala krájet. Nepřístupné pobřeží bičuje studený vítr, jemuž značně sekunduje chladná sprcha, kterou mají na svědomí mořské vlny tříštící se o skály. Veškerému marastu tiše přihlíží kdysi majestátní maják.   Skalnatý a těžko přístupný terén na jihovýchodě ruského ostrova Sachalin v severním Pacifiku nedaleko Japonska zdobí vytáhlá stavba. Anivský […]
Charleston, tanec smrti!
V polovině 20. let minulého století je na parketu fenoménem charleston. Ovšem zatímco jedni ho milují pro jeho nespoutanou energii, druzí ho odsuzují jako nevkusný a nemravný. Ve své prapůvodní podobě se sice tančí v newyorském Harlemu už kolem roku 1913, ale slávy se dočká až o 10 let později. Brzy ale získá pověst zabijáka. […]
Červený kříž: Mezinárodní pomoc se zrodí ve Švýcarsku
Na počátku nejde o nic menšího, než o prodej obilí. Finanční průmyslová mlynářská společnost hodlá využít pro pěstování celé Alžírsko – a prodávat do celého světa.   Švýcar Henri Dunant (1828–1910) je po čertech zkušený obchodník. A teď cítí velký zisk. Jenže takový obchod se neuzavírá bez posvěcení panovníků a politiků. Francouzský císař Napoleon III. […]
Záhady a napětí
Prastará svatyně v Makotřasech u Prahy: Odehrávaly se v ní děsivé rituály?
Je prý starší než anglické Stonehenge a egyptské pyramidy. Záhadná svatyně nedaleko od Prahy vzbuzuje otázky, na které se dosud nikomu nepodařilo najít odpověď. Byla to nejstarší observatoř v Evropě? Probíhaly zde brutální rituály? A proč se v této oblasti opakuje řada tragických dopravních nehod?   Když se v roce 1961 kopaly základy nové silnice z Prahy […]
Dům oběšených panenek: Záhadná expozice, která má šokovat?
Na první pohled klidná zahrada v malé vsi na Vysočině se mění v děsivou galerii. Mezi větvemi stromů se houpou desítky oběšených panenek, některé bez končetin, jiné s rozbitými tvářemi. Není divu, že tohle místo vyvolává otázky: jde o bizarní umělecký záměr, osobní démony majitele, nebo snad temné varování?   Dům, který stojí na okraji […]
Alchymista a rybníkář Jakub Krčín: Zahrával si s ďáblem?
Jakub Krčín, původem z chudého zemanského rodu, se ve službách Rožmberků vypracuje až na regenta a trvale se zapíše do dějin jako jeden z nejvýznamnějších českých rybníkářů. Podle některých pověstí za to ale nevděčí jen své píli. Občas mu prý při práci asistoval sám ďábel, se kterým se spolčil…   O lidech, kteří ve své […]
Našla CIA Archu úmluvy?
Zlatá schránka s kamennými deskami, údajně obsahujícími Desatero přikázání. Archa úmluvy, nejsvětější relikvie judaismu, je jedním z nejhledanějších artefaktů v historii lidstva. Ztratila se přitom už před tisíci lety a dodnes nebyla nalezena. Nebo ano? Podle odtajněných dokumentů by na tuto otázku mohla znát odpověď americká CIA!   Uprostřed studené války, v 80. letech, se americké […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Možná špatně slyší
panidomu.cz
Možná špatně slyší
Nereaguje na váš hlas, ani na hlasité zvuky z okolí? Pokud se vám zdá, že se sluchem vašeho batolete není všechno v pořádku, zkuste si potomka nejprve vyzkoušet. Hluchota či nedoslýchavost může trápit i batolata. Děti, které špatně slyší, se mohou vyvíjet mnohem pomaleji než jejich vrstevníci. Sluchové problémy ohrožují psychomotorický vývoj dítěte, které není schopné
Existují ptačí obři?
enigmaplus.cz
Existují ptačí obři?
Připomínalo to scénu z Hitchkokova filmového hororu Ptáci. Z oblohy se snesl veliký orel a zaťal své pařáty do tříletého děvčátka Kayly Finové z Albany. Naštěstí byl nablízku její otec a další lidé, a
Co skrývá váš mozek? Fascinující fakta a překvapivé souvislosti
epochaplus.cz
Co skrývá váš mozek? Fascinující fakta a překvapivé souvislosti
Představte si vesmír ukrytý ve vlastní hlavě – nekonečně aktivní, i když spíte. Takový je lidský mozek: fascinující, složitý a plný tajemství. Vědci se ho snaží pochopit už po staletí, přesto zůstává spousta otázek bez odpovědi. Podívejme se na některé z nich a zjistěme, co o tomto zázračném orgánu zatím víme. Mozkové buňky se tvoří
Zápisy jsou nově už v lednu, bude více času dohnat případné nedostatky
21stoleti.cz
Zápisy jsou nově už v lednu, bude více času dohnat případné nedostatky
Zápisy do prvních tříd budou nově už od poloviny ledna, tedy zhruba o tři měsíce dříve než v posledních letech. Odborníci si od změny slibují, že se podaří dříve podchytit případné problémy, které dět
Rýžový nákyp s rozinkami
tisicereceptu.cz
Rýžový nákyp s rozinkami
Další z naší řady oblíbených babiččiných receptů. Suroviny 150 g rýže 0,5 l mléka 60 g krupicového cukru špetka soli 1 vejce, prošlehané 100 g rozinek ½ lžičky vanilkového extraktu 1 lžíc
Konec lásky Novákové kvůli dítěti?
nasehvezdy.cz
Konec lásky Novákové kvůli dítěti?
Schyluje se snad k rozvodu? Takový to byl sehraný pár! Jak se ale zdá, životní cesty a představy herečky ze seriálu Ulice Sandry Novákové (43) a jejího manžela, režiséra Vojtěcha Moravce (38), se začí
Cesta do srdce Velké Moravy: Poznejte dědictví našich předků
epochanacestach.cz
Cesta do srdce Velké Moravy: Poznejte dědictví našich předků
Velehrad, jedno z nejvýznamnějších poutních míst u nás, je pro jednodenní výlet jako stvořený. Těšit se můžete na bohatou historii i na nevšední zážitky. Obec Velehrad najdete nedaleko Uherského Hradiště přímo mezi výběžky pohoří Chřiby. O tomto místě se často hovoří jako o jednom z nejmalebnějších koutů Slovácka. A není divu! Tajemné katakomby Dominantou obce a zároveň největší chloubou velehradské farnosti
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
Vily a Viladomy Košíře: Prémiové bydlení v prestižní lokalitě Prahy 5
iluxus.cz
Vily a Viladomy Košíře: Prémiové bydlení v prestižní lokalitě Prahy 5
Vstupte do světa, kde se luxus snoubí s přírodou a moderní technologie zajišťují maximální komfort a úspornost provozních nákladů. Vily a Viladomy Košíře představují jedinečný rezidenční projekt, k
Zachránce slovenského zlata režim soudil za velezradu
historyplus.cz
Zachránce slovenského zlata režim soudil za velezradu
Na Slovensku vypuklo povstání. Karvaš se domluvil s partyzány, že ho z Bratislavy bezpečně dostanou na své území. V bance zařídí ještě pár nezbytných věcí a pak se vrací domů. Místo spojky si ho však večer „vyzvedne“ gestapo!   Přednáší v Německu, ve Francii i Spojených státech amerických. Je tajemníkem Svazu slovenských bank, generálním tajemníkem Národohospodářského ústavu Slovenska a
Slovenské lokše
nejsemsama.cz
Slovenské lokše
Lokše jsou tradiční, na Slovensku i na jižní Moravě připravované bramborové placky, které skvěle doplní svatomartinské hody. Ingredience: ● 500 g brambor ● 200 g hladké mouky ● 1 lžička soli ● 2 lžíce sádla Postup: Brambory uvařte ve slupce, oloupejte a nastrouhejte. Smíchejte s moukou a solí, vypracujte hladké těsto. Rozdělte na malé kousky, každou část rozválejte na tenkou placku. Na pánvi rozehřejte sádlo a placky opečte z obou
Prokleté stavení v sobě skrývá temnou energii
skutecnepribehy.cz
Prokleté stavení v sobě skrývá temnou energii
Ta dovolená v horách se nám stala málem osudnou. Toužili jsme po dobrodružství, a tak jsme se s manželem vypravili na místo, které mělo strašidelnou pověst. Už víme proč! Rádi s manželem cestujeme po naší krásné zemi a poznáváme nová místa, zejména ta opředená historií a zajímavými příběhy. Lákají nás zejména místa strašidelná, ze kterých druzí mají hrůzu. Tajemno a záhady, to
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