強化学習LAQAを用いた高効率結晶構造探索手法の開発およびソフトウェア化
| Project/Area Number |
21K03386
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
|
|---|
| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
|---|
Principal Investigator |
山下 智樹 長岡技術科学大学, 産学融合トップランナー養成センター, 特任准教授 (60793099)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
|
|---|
| Keywords | 結晶構造探索 / 機械学習 / 第一原理計算 / LAQA / マテリアルズインフォマティクス / CrySPY |
|---|
| Outline of Research at the Start |
新材料設計の基盤ツールとして期待される結晶構造探索ツールのCrySPYは、機械学習による選択型アルゴリズムを利用することで、高効率な安定構造探索が実行可能である。選択型アルゴリズムのLAQAは従来手法と比較して計算量を50%から90%ほど削減可能であるが、構造データセットによっては効率よく探索を実行できない場合があることがわかっている。本研究において、応力テンソルの項を新たに導入したスコア関数を開発することでこの問題を解決し、LAQAの探索効率を向上させる。また、オープンソースのソフトと組み合わせられるようにCrySPYのコード開発を行い、誰でも容易に導入できる構造探索ツールを開発する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
我々が開発している結晶構造探索手法のLAQAでは、第一原理計算や経験的原子間ポテンシャルを用いた計算から得られる原子に働く力および応力テンソルを用いることにより、最終的にエネルギーがより低くなりそうな構造候補を選択して優先的に最適化することで、不要な最適化計算を行うことなく効率的に安定構造が探索可能となる。最終年度となる2023年度はこれまでに引き続き、LAQAのソフトウェアへの導入、ソフトウェアの使いやすさの向上のためのコード開発とマニュアルの整備を行った。マニュアル（https://tomoki-yamashita.github.io/CrySPY_doc/index.html）は日本語および英語で書かれており、チュートリアルも充実させた。本研究課題で開発したアルゴリズムのLAQAの組込みも完了し、ユーザーが簡単にLAQAを用いた結晶構造探索を行えるよう整備した。
また、予定していた計画より順調に進んだため、当初の計画にはなかった構造生成手法開発にも着手し、空間群が固定された場合に、そのすべてのワイコフ位置の組合せを考慮して考えられうる結晶構造をすべて生成する手法の開発も行なった。この研究はまだ一部の空間群のみで検証を行なっているところであるが、この関連研究の今後のための重要な進展だと言える。将来的にはLAQAやベイズ最適化等と組合せて、結晶構造探索に繋げたい。
研究期間全体を通じて、当初予定していた力と応力テンソルを用いたLAQAの開発に成功し、そのソフトウェア公開という目的は達成できた。それだけでなく、結晶構造生成プログラムの並列化を行い、多数のCPUコアを用いた高速な構造生成も可能になった。
|
Report
(3 results)
Research Products
(7 results)
