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
Hudba není jenom zvuk. Je to puls, rytmus a harmonie, které proudí naším mozkem doslova jako životodárný gejzír. Už dávno víme, že mozek při poslechu nebo hraní hudby nepracuje pasivně, ale aktivuje rozsáhlé sítě nervových spojů spojených s pamětí, emocemi, pozorností a učením.   Moderní věda potvrzuje, že hudba stimuluje plasticitu mozku, zvyšuje jeho odolnost […]
Střevní červi mohou tlumit zánět v lidském těle, ale jen pokud mají dostatek vlákniny. Bez ní se jejich organismus přepne do jakéhosi hibernačního režimu a ochranný efekt mizí. Ukazuje to nová studie parazitologů z Biologického centra Akademie věd ČR publikovaná v prestižním časopise Nature Communications.   Střevní parazité byli po většinu evoluční historie běžnou součástí lidského […]
Budoucí český astronaut major Aleš Svoboda, bojový pilot Armády České republiky, zahájil třetí a závěrečnou fázi svého základního astronautského výcviku v Evropském středisku astronautů (ESA) v Kolíně nad Rýnem. Dvouměsíční intenzivní program o rozsahu 187 hodin je zaměřen na praktické dovednosti potřebné pro práci na oběžné dráze a představuje další krok na cestě k účasti […]
Toyota pokračuje ve vývoji vodíkových technologií a nově testuje využití supravodivosti, která může výrazně zvýšit efektivitu vodíkových pohonů. Experimentální řešení automobilka vyzkoušela v závodním voze GR Corolla, který slouží jako mobilní laboratoř při vytrvalostních závodech japonské série Super Taikyu.   Závodní Toyota GR Corolla slouží od roku 2021 jako mobilní technologická laboratoř pro vývoj vodíkových […]
reklama
Historie
Poslední velká bitva v Británii se strhla na vřesovišti
Pravému křídlu Karlovy armády se podařilo narušit britské linie. Vzbouřenci toho ale nedokážou využít, jejich levé křídlo kvůli bažinatému terénu postupuje jen velmi pomalu. Britové přisunou na ohrožený úsek bojiště posily a vrhnou se do rozhodujícího protiútoku…   Vrátit Stuartovce na britský trůn chtěli už v roce 1715, jejich povstání ale skončilo neúspěchem. Znovu to […]
Zachránil lékař bez diplomu tisíce dětí?
Od roku 1903 hostí newyorský Coney Island lunapark, který však spíš než klasický zábavní park připomíná přehlídku zázraků. K vidění je tu celá řada kuriozit – obřím modelem Vernovy ponorky počínaje a vesničkou plnou „pravých“ živoucích trpaslíků konče. Dokonce jsou tu i první inkubátory. I s předčasně narozenými dětmi!   Novorozenci, umístění ve zdejším zařízení, jsou tak […]
Hugo František ze Salmu se nebál průmyslové špionáže
Cestující, zesláblý kvůli nemoci, se nemůže ani pohnout a anglický celník od jeho prohlídky shovívavě upustí. Netuší, že pod rukávy a nohavicemi má mazaný pasažér omotané technické výkresy, podléhající přísnému utajení.   Ve vídeňské knížecí rodině císařského komořího Karla Josefa ze Salm-Reifferscheidtu (1750–1838) mají smíšené pocity. Na apríla, 1. dubna 1776, sice kněžna Marie Františka z Auerspergu […]
Utápěl arcivévodův řidič deprese v alkoholu?
„Je to silný alkoholik. Pije denně, klidně litr nebo litr a půl rumu,“ stěžuje si soudu v Brně manželka pana Lojky. Její muž se skutečně už roky topí v depresích. Má totiž za to, že vypuknutí světové války způsobil právě on. Když v Sarajevu špatně odbočil…    Vyučil se řezníkem a ve svých 21 letech narukoval k dragounskému […]
Zajímavosti
Mléčná dráha: Proč je kanibalskou galaxií?
Slunce se svými planetami si nelétá vesmírem jen tak. Je součástí dalšího obřího kolosu, galaxie Mléčné dráhy! Co o ní vůbec víme? Je stejná jako každá jiná? A jaký ji čeká osud?   Bohyně Héra prudce odstrčí malého Hérakla od prsu a trocha mléka ukápne. Ne na zem, ale na oblohu! I díky tomuto mýtu […]
Smrtící Ebola: Umírá každý druhý nakažený
Deštný prales v nitru rovníkové Afriky patří jen zvířatům a několika málo domorodým kmenům. V této odlehlé části světa žijí lidé v izolovaných vesnicích, nikoho nezajímají, a kdyby se zde neobjevil nejnebezpečnější smrtící vir v moderních dějinách, nejspíš bychom o vesnici Yambuku a řece Ebola dodnes nevěděli.   V roce 1976 ředitel místní školy Mabalo Lokela vyrazí na misijní […]
Kde se vzaly kudrnaté vlasy?
Co člověk, to vlasy! Můžeme mít rovné, vlnité, kudrnaté i dokonalé afro… Proč nás ale příroda obdařila takovou rozmanitostí? Je to náhoda? Nejspíš není!   Které byly dřív: rovné, nebo kudrnaté? Zdá se, že odpověď vědci znají. „Lidé se vyvinuli v rovníkové Africe, kde máte slunce neustále nad hlavou,“ vysvětluje antropoložka Nina Jablonski (*1953) z […]
Mohou zvířata rozumět lidské řeči?
Pokud někdy máte pocit, že vám váš zvířecí parťák rozumí, nemusí to být daleko od pravdy. Některá zvířata totiž mají mimořádnou schopnost komunikace i porozumění lidským slovům.   V minulosti se občas objevila zvířata, o kterých se tvrdilo, že rozumějí lidské řeči…K známým příkladům patří například kůň Kluger Hans (asi 1895–1916) z Německa, klisna Lady […]
Záhady a napětí
Světelné koule u města Marfa: Stále nemají jasné vysvětlení!
Je to optický jev, které nedává spát badatelům z celého světa. Řeč je o záhadných světlech v blízkosti města Marfa v americkém státě Texas. Údajně mohou být žlutooranžová, zaznamenat prý ale lze i jiné odstíny.  Co jsou zač?   Děje se nám to přímo před očima, ale nikdo neví proč. Záhadami opředená světla u města Marfa jsou nejčastěji […]
Kámen čarodějnice z anglického Essexu: Chrání obyvatele před černou magií?
V anglickém Essexu stojí záhadný kámen, který podle místních chrání vesnici před návratem zlého ducha. Legenda praví, že pod ním leží čarodějnice popravená před čtyřmi stoletími. Když Američané za druhé světové války kámen odstranili, místní trvali na tom, aby byl kámen okamžitě vrácen. Šlo o skutečné prokletí?   Na křižovatce u vesnice Great Leighs v […]
Magický útok na keňskou guvernérku: Šlo o pokus ovlivnit volby?
Poblíž domu, který obývá guvernérka keňského regionu Machakos Wavinya Ndeti, byla přistižena čtveřice podezřelých osob vybavených nejrůznějšími okultními pomůckami. Podle policie tu zřejmě plánovali provést magický rituál mířený proti političce. Proč?   Politické strany i jednotliví kandidáti po celém světě využívají nejrůznějších metod k dosažení úspěchu ve volbách, a ne vždy se přitom pohybují v […]
Co způsobuje záhadné výbuchy u jezera Seneca?
Už celá staletí se u jezera Seneca v USA ozývají hlasité rány a dunění připomínající výstřely z děl doprovázené slabými, ale měřitelnými otřesy. Říká se jim „senecká děla“ či „jezerní bubny“ a pro vědce jsou stále neobjasněnou záhadou. Co může tyto tajemné zvuky způsobovat?   Ledovcové jezero Seneca v americkém státě New York je se […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Jak málem vypukla válka o strom
epochaplus.cz
Jak málem vypukla válka o strom
Stačí obyčejný strom. Pár vojáků, pár seker a během minut se svět ocitá na hraně války. V létě 1976 v korejské demilitarizované zóně vzniká konflikt, který ukazuje, jak málo někdy stačí k eskalaci napětí mezi jadernými mocnostmi. Američtí a jihokorejští vojáci vstupují 18. srpna 1976 do přísně střeženého prostoru mezi Severní a Jižní Koreou. Mají
Kraken nebyl legenda. Pravěké chobotnice drtily kosti a vládly oceánům
21stoleti.cz
Kraken nebyl legenda. Pravěké chobotnice drtily kosti a vládly oceánům
Představa, že mořím v době, kdy na zemské souši skotačili dinosauři, vládli výhradně obří plazi, dostává vážnou trhlinu. Nový výzkum totiž naznačuje, že na vrcholu potravního řetězce stály či spíše pl
Žáci mě milovali, ale kolegové nenáviděli
skutecnepribehy.cz
Žáci mě milovali, ale kolegové nenáviděli
Nastupovala jsem na první místo s velkými sny a představami, jak změním celé školství a hlavně své žáky. Ale pedagogy jsem změnit neuměla. O své profesi jsem měla jasno, už když jsem šla k zápisu do první třídy. Budu paní učitelkou! Řekla jsem jasně a nahlas. Na rozdíl od většiny spolužáků jsem se svého předsevzetí držela. Šla jsem posléze na střední
Jste makoví?
panidomu.cz
Jste makoví?
Když se řekne mák, mnohé napadnou buchty a koláče. A někoho třeba nic, protože mák moc nejí. Ale to je škoda a stojí za to se s ním seznámit. Především je dobré vědět, že existuje množství odrůd a ty se dělí na farmaceutické a potravinářské. Farmaceutické někdy nazývané technické odrůdy jsou zdrojem opia, bílé šťávy
Záhadný Rodger Bacon: Předpověděl existenci letadel?
enigmaplus.cz
Záhadný Rodger Bacon: Předpověděl existenci letadel?
Málokterá osobnost světových dějin vyvolává tolik otazníků jako právě anglický mnich a učenec Roger Bacon. Muž, který ve 13. století, v temné a krvavé době hlubokého středověku píše o automobilech, le
Jahodové daiquiri
tisicereceptu.cz
Jahodové daiquiri
Koktejl s jahodami ve verzi bez alkoholu je skvělý na jakoukoliv dětskou party. Potřebujete hrst jahod 2 lžíce krupicového cukru 4 cl bílého rumu (ve verzi „alko“) 6 kostek ledu limetku cuk
Památník Viktora Emanuela: Římané ho překřtili na psací stroj
historyplus.cz
Památník Viktora Emanuela: Římané ho překřtili na psací stroj
Věčným městem hlučí motory buldozerů a bagrů a staromilci skřípou zuby. K zemi padají vzácné památky, aby vytvořily prostor pro novou, monumentální stavbu. Dávná historie nedobrovolně ustupuje té novější. Sjednocení Itálie v roce 1861 je tak významnou událostí, že si v očích Římanů zaslouží nesmazatelné připomenutí. A protože prvním italským králem je Viktor Emanuel II. (1820–1878), řečený Otec
Pražský Hrad, který okouzlil i hvězdy
epochanacestach.cz
Pražský Hrad, který okouzlil i hvězdy
Praha má svou nezaměnitelnou tvář. Hradní paláce nad Vltavou vytvářejí pohled, který zná celý svět. Je to obraz, který okouzluje po staletí a nikdy nezevšední.   Neexistuje snad jediný Čech, který by ho neznal. Pražský hrad se objevuje na pohlednicích, ve filmech i na fotkách. A kdo si plánuje výlet do naší metropole, má ho
Přírodní krotitelé alergií
nejsemsama.cz
Přírodní krotitelé alergií
Alergie dnes postihují dospělé i děti. Spousta lidí proto hledá, co by jim alespoň trochu ulevilo. Asi nejběžnějším typem je alergie pylová, jejíž sezona trvá až deset měsíců v roce – od jara skoro až do zimy. Zanedbávání jejích příznaků může mít za následek rozvinutí astmatu, chronické rýmy, ekzémů či oslabení imunity. Proto je důležité alergie řešit.
Tají Lopez, že je čerstvě zamilovaná
nasehvezdy.cz
Tají Lopez, že je čerstvě zamilovaná
Hodila rozpadlé manželství s hercem Benem Affleckem (53) zpěvačka Jennifer Lopez (56) konečně za hlavu? Údajně měla být totiž viděna s jakýmsi neznámým tmavookým elegánem. Okamžitě se začaly šířit te
Plevel ovládl váš trávník? Možná děláte tuhle zásadní chybu
rezidenceonline.cz
Plevel ovládl váš trávník? Možná děláte tuhle zásadní chybu
Pokud váš trávník po zimě připomíná spíš flekatý koberec než lákavý zelený porost, není to náhoda. Jaro vždy nemilosrdně odhalí místa, kde plevel využil náskok, který získal ještě před začátkem sezóny. Dobrou zprávou je, že právě teď máte šanci změnit pravidla hry. Když půda volá o pomoc Důvod, proč se plevele na jaře chovají životaschopněji
Kontroverzní padělatel a malíř Wolfgang Beltracchi vystavuje poprvé v Praze
iluxus.cz
Kontroverzní padělatel a malíř Wolfgang Beltracchi vystavuje poprvé v Praze
Pražský Obecní dům se letos na několik měsíců promění v místo, kde se střetává minulost s přítomností, pravda s iluzí a talent s kontroverzí. Od 7. května do 27. září 2026 zde představí Wolfgang Beltr
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