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
reklama
Související články
Půlroční expedice doktorského studenta z Biologického centra AV ČR a Jihočeské univerzity na tropickém ostrově Nová Guinea přinesla jedinečný objev. František Vejmělka jako první zdokumentoval jednoho z největších myšovitých hlodavců světa – velekrysu Mallomys istapantap.   Tento tajemný noční tvor obývá chladné mlžné horské pralesy a pláně v nadmořských výškách 3700 metrů a pro vědu byl znám pouze […]
Akutní i chronické leukemie patří mezi nádorová onemocnění krve a krvetvorby, pro která v současnosti neexistuje screeningový program zachycující nemoc v široké populaci. Na leukemii však může poukázat běžné vyšetření krevního obrazu – ať již v rámci pravidelných preventivních kontrol u praktického lékaře, nebo v případě příznaků. Důležitým předpokladem je, aby pacient určité symptomy rozpoznal […]
Země se rozechvěje. Ne z otřesů, ale z bilionů drobných nožek, které si prorazí cestu na povrch. Po sedmnácti letech ticha se do východní části Spojených států vrátí jedna z největších generací periodických cikád – Brood XIV. Tento přírodní fenomén přinese nezapomenutelný orchestr života, který nadchne vědce, fotografy i milovníky přírody.   Cikády Brood XIV […]
Každý den každý z nás vdechuje kyslík, který z velké části pochází z moří a oceánů. Ano, hlavním producentem tohoto plynu není deštný prales, ale drobné mikroskopické řasy a fytoplankton. A ten je teď v extrémním nebezpečí…    Nová vědecká studie přichází s alarmujícím zjištěním: mikroplasty narušují schopnost těchto organismů fotosyntetizovat, což může mít dalekosáhlé […]
reklama
reklama
Historie
Rusové museli USA uplatit, aby Aljašku koupily
Alexandr II. rázuje po místnosti sem a tam. Dobře ví, že mu teče do bot. Řada neúspěšných válek zemi zcela zdecimovala. Dluhy navíc začínají být neúnosné. „Prodejte Aljašku,“ rozhodne nakonec, „stejně slouží jen jako výběh pro lední medvědy!“   V médiích Aljašku označují všelijak – jako velkou zamrzlou hroudu ledu, ledárnu či Sewardovu ledničku. Ve Spojených […]
Mohou být krásné i veřejné záchodky?
Skotský ostrov Bute v zálivu Firth of Clyde se může pochlubit mnoha pamětihodnostmi v čele se slavným novogotickým palácem Mount Stuart a rozvalinami středověkého hradu. Největší atrakcí jsou zde ale nejzachovalejší veřejné záchodky z viktoriánské doby v přístavu Rothesay.   Stavba veřejných toalet v Rothesay vyšla v roce 1899 na 530 liber, což by s ohledem na inflaci v přepočtu […]
Cvrnkalo se do důlku už ve starověkém Egyptě?
Kuličky patří k oblíbené zábavě po celém světě. Jsou známé nejen z Egypta, ale také z aztéckých nalezišť a vyskytují se v pohřebištích původních obyvatel Severní Ameriky   Již na začátku 20. století archeologové v lokalitě u pákistánského Mohendžodara nalezli kamenné kuličky z doby kolem roku 2500 př. n. l. O kuličkách píše i básník Publius Ovidius Naso (43 př. n. […]
Jak vládla královna Hollywoodu?
Její nevinný výraz a plachý pohled ji skvěle pasují do rolí mladičkých dívenek. Mary Pickfordová v nich poblázní doslova celý svět.   Je jí sedm let, a už je polovičním sirotkem. Aby matka měla na obživu pro sebe a své tři děti, bere na byt nájemníky. Jeden z nich je divadelní manažer, který shání herce […]
Zajímavosti
Genius loci: Co to vlastně je? Nebo spíše – kdo?
Vymetou prach a vše pečlivě poklidí. Poté je třeba připravit oltář. Nastává čas prosebných modliteb, někde i zpívání a tanců. Místní lidé přinášejí dary. Na oltáři se kupí víno i květiny, speciální mísa přetéká ovocem a dalším jídlem. To vše k poctě genia loci, který má zajistit svému místu ochranu, polím plodnost a lidem požehnání.   […]
Chinin: Lék, pochoutka i zabiják
Malárie, onemocnění způsobené parazitem přenášeným komáry, trápí lidi po tisíciletí. Dokonce i v posledních desetiletích má na svědomí až 600 000 úmrtí ročně. Teprve v 17. století je na ni nalezen lék v amazonském deštném pralese.   Už některé domorodé kmeny, obývajícím území dnešních států Peru, Bolívie a Ekvádoru, znají léčivou sloučeninu nacházející se v […]
Klaun očkatý: Nejlepší kamarád mořské sasanky umí měnit pohlaví!
Málokterý živočich se natolik zapíše do lidských hlav jako právě oranžová ryba. Děti i dospělí ho znají především skrze animované dobrodružství o Nemovi. Podle jména to jsou sice šprýmaři, moc legrace ale s nimi není.   Klauna očkatého dorůstajícího až 11 centimetrů jako první přesně popíše francouzský vědec Georges Cuvier (1769–1832). Nemůže z ní spustit oči, a […]
Pouštní draci: Kamenné monumenty plné otazníků
Téměř 100 let si archeologové lámou hlavu nad pouštními draky, aby se nakonec ukázalo, že i když nemají zuby ani drápy, jsou smrtící hrozbou, která pravěkým lidem pomohla vyhubit celé zvířecí druhy.   Když ve 20. letech 20. století přelétají piloti britské RAF nad arabskými pouštěmi, spatří obří kamenné stavby. Některé jsou dlouhé sotva 100 […]
Záhady a napětí
Stephen Kaplan: Co odhalil známý vampirolog?
Upíři neboli „nemrtví“ se dle pověstí živí krví lidí i ostatních dýchajících bytostí. Díky tomu zůstávají dlouho mladí. Známý americký vampirolog Stephan Kaplan se však domnívá, že upíři nejsou „nemrtví“, ale že to jsou skuteční lidé, kteří mají naléhavou potřebu pít každý den krev. Pokud krev nedostanou, stanou se agresivními nebo dokonce zešílí. Jde tedy […]
Nejtajemnější pohřebiště v Anglii: Kdo na něm skutečně odpočívá?
Sutton Hoo. Pod tímto zvláštním názvem se ukrývá tajuplné pohřebiště nacházející se nedaleko Woodbridge v anglickém hrabství Suffolk. Ačkoliv se na tomto místě našlo spoustu anglosaských artefaktů, stále není jasné, kdo je zde pohřbený. Jde snad o hrob anglosaského krále Rædwalda, který vládl ve východní Anglii a zemřel někdy kolem roku 627?   V roce […]
Indické město Ellora: Vzniklo s pomocí neznámé technologie?
V Indii leží kamenný zázrak, jeden z největších a nejzáhadnějších chrámových komplexů světa, jehož vznik je dodnes zahalen tajemstvím. Máme před sebou důkaz neobyčejné technologie, nebo jen mistrovskou ukázku lidské dovednosti? Jak staré jsou chrámy v Elloře – a kdo je vlastně vytvořil?   Představte si, že stojíte před horou, ve které vznikl precizně vyhloubený […]
Neznámé záhady Stonehenge: Jak je ve skutečnosti velké?
Stonehenge patří k nejznámějším a nejvíce fascinujícím megalitickým stavbám světa. Přestože je tento kamenný kruh už celá desetiletí předmětem intenzivního zkoumání, nové objevy ukazují, že jeho záhady ještě nejsou ani zdaleka vyčerpány. Je tento ve skutečnosti rozsáhlý komplex megalitickým pohřebištěm?   Nová odhalení na světoznámé lokalitě Stonehenge přinášejí zejména moderní technologie, jako je třeba radarové […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Přišla jsem vlastně o vše
skutecnepribehy.cz
Přišla jsem vlastně o vše
Ta, kterou jsem považovala za nejlepší přítelkyni, se ukázala jako ta nejhorší osoba, jakou jsem kdy potkala. Ženská mrcha, která mi vzala vše! Byla to manipulátorka a lhářka a já jsem díky ní přišla o manželství i klid v duši. S Andreou jsem se poznala před deseti lety na kurzu jógy. Byla okouzlující, usměvavá, vtipná a vždycky perfektně upravená. Lichotila mi Hned jsme si
Pikantní cuketový salát
tisicereceptu.cz
Pikantní cuketový salát
Nejvhodnější jsou malé cukety. Suroviny 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
Waldorf Astoria Seychelles Platte Island oslaví letošní Global Wellness Day sérií zážitků na téma Reconnect
iluxus.cz
Waldorf Astoria Seychelles Platte Island oslaví letošní Global Wellness Day sérií zážitků na téma Reconnect
U příležitosti letošního Global Wellness Day, který se koná 14. června 2025, resort Waldorf Astoria Seychelles Platte Island představuje pečlivě sestavenou nabídku zážitků přirozeně odrážející filozof
Prvního ředitele Národního divadla zdrtila nešťastná láska
historyplus.cz
Prvního ředitele Národního divadla zdrtila nešťastná láska
„Ta jeho neodbytnost je směšná. Nelidsky mne nudí, “ stěžuje si Anna Lauermannová deníku na svého ctitele. Odmítá ho, ale přitom stačí, aby jenom na týden zmizel z Prahy a nedal vědět kam, a už má o něj strach.   „Myslím, že by bylo lépe, kdybyste ke mně nechodil… Máte ještě čas se oženit, máte
Casa Clara, óda na životní styl South Beach
rezidenceonline.cz
Casa Clara, óda na životní styl South Beach
Výjimečná, architektonicky významná rezidence s okouzlujícími interiéry, vybavenými designovým nábytkem a doplňky italské firmy Henge, představuje moderní plážovou vilu s luxusem nejvyššího kalibru. Pohlednicově krásné prostředí široké mořské zátoky na půvabném pobřeží jedné z nejkrásnějších částí amerického Miami je dokonalým rámcem pro elitní bydlení ve vysokém stylu značky, která představuje mnohem více než jenom nábytek. Jde
Jak dostat čerstvý vzduch do domácnosti? Aneb aby se doma dobře dýchalo
panidomu.cz
Jak dostat čerstvý vzduch do domácnosti? Aneb aby se doma dobře dýchalo
Dýchat čerstvý a zdravý vzduch chceme venku i doma. A tam hlavně, vždyť v budovách trávíme většinu života. Reálně ovšem doma míváme až pětkrát horší vzduch než je venku. Jak si doma zajistit stále čerstvý vzduch, aby se dobře dýchalo a nečíhaly na nás zákeřné viry a bakterie? Možností je celá řada, ideálního výsledku dosáhneme jejich
Kronikář Přibík Pulkava: Skrýval se za ním sám císař Karel IV.?
epochaplus.cz
Kronikář Přibík Pulkava: Skrýval se za ním sám císař Karel IV.?
Autor Kroniky české, arcibiskupský písař, správce školy. O jeho osobnosti toho mnoho nevíme. Snad proto kolem něj vznikaly různé dohady. O co vlastně jde? Pojďme se na jeho Přibíka Pulkavu a jeho dílo podívat. Tajemství zahaluje Příbíka Pulkavu z Radenína (†asi 1378/1380), který v Kronice české, podle některých pramenů nazývané také Kronika nejjasnějšího knížete Karla, krále českého
Duchové Kunžvartu
epochanacestach.cz
Duchové Kunžvartu
Na samém pomezí Českého království, na východním úbočí šumavské hory Strážný, stála od 14. století mohutná pevnost zvaná Kunžvart. V současnosti zbývá z hradu, který patří mezi nejtajemnější místa v oblasti, prakticky jen torzo čtyřhranné věže. Už výstup ke zřícenině (výlet začnete v nedalekém městysi Strážný) je jako z pohádky – cesta se vine lesem lemovaným mechem porostlými balvany, kapradím
Nechali si Bernášková a Merkner pootevřené dveře k návratu?
nasehvezdy.cz
Nechali si Bernášková a Merkner pootevřené dveře k návratu?
Herečka Jana Bernášková (44) ze seriálu ZOO Nové začátky a režisér Rudolf Merkner (53) se po rozvodu dohodli na netradičním řešení. Kvůli dětem si ponechali společný byt, ve kterém se střídají. Když
Jsou UFO u Oblasti 51 jenom kamufláž?
enigmaplus.cz
Jsou UFO u Oblasti 51 jenom kamufláž?
Již před nějakou dobou CIA potvrdila to, co se přes 50 let snažila utajit. Základna známá jako Oblast 51 je skutečná. Mimozemské stroje na ní ale podle oficiální zprávy nejsou. I když neidentifikovate
Suché, nebo mokré?
nejsemsama.cz
Suché, nebo mokré?
Pravidelné a pečlivé odličování a čištění pleti je základním předpokladem pro její krásný a zdravý vzhled. Každé ráno pleť potřebuje vyčistit, večer také a navíc zbavit make-upu. Mělo by jít o naprostou rutinu, ať se děje, co se děje. Čištění můžete provádět několika způsoby. Suché odličování Neznamená to drhnutí pleti nasucho. Použijte odličovací mléko, gel či micelární vodu podle typu
Vypadal takto svatý Václav? Vědci zrekonstruoval 1100 let starý obličej českého knížete
21stoleti.cz
Vypadal takto svatý Václav? Vědci zrekonstruoval 1100 let starý obličej českého knížete
Jak mohl skutečně vypadat svatý Václav? Na to se pokusil odpovědět mezinárodní tým vědců, který za pomoci nejmodernějších forenzních technik vytvořil digitální rekonstrukci podoby slavného českého kní
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