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Theoretical calculations on ion dynamics around singular structures in oxides

Publicly Offered Research

Project AreaMaterials Science and Advanced Elecronics created by singularity
Project/Area Number 17H05330
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

渡邉 聡  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00292772)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords第一原理計算 / ニューラルネットワーク / イオンダイナミクス / 特異構造 / フォノン / 酸化物
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、局所的な特異構造におけるイオンダイナミクスの信頼性と高速性を兼ね備えたシミュレーション解析法を、第一原理計算と機械学習を用いて開発することを目指して研究を進めた。平成30年度の主な成果は以下のとおりである。
(1)多元化合物に対するニューラルネットワークポテンシャル構築:アモルファス酸化タンタル中の銅原子拡散を解析する、密度の異なる系を扱える汎用性を備えたポテンシャルを、前年度のアルミナの場合にならって開発し、所望のポテンシャルの作成に成功した。また、作成したニューラルネットワークポテンシャルを用いて収集したアモルファス酸化タンタルの原子配置のデータの特徴をパーシステントホモロジー法により解析し、密度の低下とともに、一様に原子間隔が広がるのでなく、空隙が大きくなることを示す予備的な結果を得た。
(2)電場下のニューラルネットワークポテンシャルの開発:ボルン有効電荷を予測するニューラルネットワークを構築することができ、さらに、既存のニューラルネットワークポテンシャルで求めた力にこのニューラルネットワークにより予測した電場印加による力の変化を加えることにより電場印加下の分子動力学計算を行う計算プログラムを作成することができた。
(3)フォノン計算:ウルツ鉱型GaN結晶のフォノンバンド構造の第一原理計算結果をよく再現できるニューラルネットワークポテンシャルの作成に成功した。さらに、作成したニューラルネットワークポテンシャルを用いて熱伝導率の計算も行い、第一原理計算と良い一致を得ることができた。
以上のように第一原理計算と機械学習を用いた方法論の開発が進み、イオン伝導については侵入金属イオンのダイナミクスを扱うことができ、またフォノンについては欠陥等を含む系に適用するためのポテンシャル整備をほぼ終えることができた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] ニューラルネットワークを用いたアモルファス物質中の原子拡散の研究2018

    • Author(s)
      安藤康伸、李文文、渡邉聡
    • Journal Title

      固体物理

      Volume: 53 Pages: 389-399

    • NAID

      40021637776

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cu Diffusion in Amorphous Ta2O5 Studied with a Simplified Neural Network Potential2017

    • Author(s)
      Li Wenwen, Ando Yasunobu, Watanabe Satoshi
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 86 Issue: 10 Pages: 1040041-7

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.104004

    • NAID

      210000134538

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Study of Li atom diffusion in amorphous Li3PO4 with neural network potential2017

    • Author(s)
      Li Wenwen、Ando Yasunobu、Minamitani Emi、Watanabe Satoshi
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 147 Issue: 21 Pages: 214106-214106

    • DOI

      10.1063/1.4997242

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] フォノン物性や電場中の原子ダイナミクスの解析に向けた ニューラルネットワークポテンシャルの構築2019

    • Author(s)
      小倉正義,守屋孝紀, Wenwen Li, 清水康司, 南谷英美, 渡邉 聡
    • Organizer
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 第一原理計算に基づく界面構造・物性解析に関するいくつかの話題2019

    • Author(s)
      渡邉聡
    • Organizer
      新世代研究所 2018年度第2回界面ナノ科学研究会
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      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 機械学習ポテンシャルを用いた 構造探索および原子ダイナミクスの研究:Overview2018

    • Author(s)
      渡邉聡
    • Organizer
      大阪電通大エレクトロニクス基礎研究所ワークショップ 「界面・ナノ構造・結晶成長への機械学習の応用と実践」
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      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ニューラルネットワークを用いた GaNの熱伝導率解析2018

    • Author(s)
      小倉正義
    • Organizer
      大阪電通大エレクトロニクス基礎研究所ワークショップ 「界面・ナノ構造・結晶成長への機械学習の応用と実践」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ニューラルネットワークを用いた 電場印加固体中のイオン移動挙動解析2018

    • Author(s)
      守屋孝紀
    • Organizer
      大阪電通大エレクトロニクス基礎研究所ワークショップ 「界面・ナノ構造・結晶成長への機械学習の応用と実践」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Neural network potential to study atom dynamics2018

    • Author(s)
      W. Li, Y. Ando, T. Moriya, M. Ogura, K. Shimizu, E. Minamitani, and S. Watanabe
    • Organizer
      ACCMS-TM 2018 on “Multiscale Modelling of Materials for Sustainable Development”
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ニューラルネットワークを用いたGaNの熱伝導率解析2018

    • Author(s)
      小倉正義, 南谷英美, 渡邉聡
    • Organizer
      日本物理学会 2018年秋季大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Study of Atom Dynamics in Solids Using Neural Network Interatomic Potentials2018

    • Author(s)
      W. Li, Y. Ando, T. Moriya, M. Ogura, K. Shimizu, E. Minamitani, and S. Watanabe
    • Organizer
      ACSIN-14 & ICSPM26
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Atom Dynamics in Solids Studied by Machine-Learning Techniques2018

    • Author(s)
      S. Watanabe, W. Li, Y. Ando, T. Moriya, M. Ogura, K. Shimizu, and E. Minamitani
    • Organizer
      21st Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Theoretical studies on phonon-related properties of GaN2018

    • Author(s)
      E. Minamitani, M. Ogura, and S. Watanabe
    • Organizer
      International Workshop on Nitride Semiconductors 2018 (IWN 2018)
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Construction of Neural Network Potential to Study Ion Migration under Applied Voltages2018

    • Author(s)
      T. Moriya, W. Li, K. Shimizu, E. Minamitani, S. Watanabe
    • Organizer
      MRS 2018 Fall meeting
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 原子移動やフォノン挙動の解析への 機械学習ポテンシャルの応用2018

    • Author(s)
      渡邉聡
    • Organizer
      応用物理学会 薄膜・表面分科会 基礎講座:データサイエンスを活用した固体材料・表面研究の最前線
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      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Study of atomic diffusion in amorphous structures using neural network potentials2017

    • Author(s)
      Wenwen Li, Yasunobu Ando, Emi Minamitani1 and Satoshi Watanabe
    • Organizer
      Car-Parrinello Molecular Dynamics Workshop 2017
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thermal Characteristics of Si-Ge Alloy by Machine-Learning Potential2017

    • Author(s)
      So Fujikake, Emi Minamitani, and Satoshi Watanabe
    • Organizer
      Car-Parrinello Molecular Dynamics Workshop 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thermal Characteristics of Si-Ge Alloy by Machine-Learning Potential2017

    • Author(s)
      So Fujikake, Emi Minamitani, and Satoshi Watanabe
    • Organizer
      21st Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電圧印加下におけるニューラルネットワーク法ポテンシャルの 作成に向けた第一原理計算2017

    • Author(s)
      守屋 孝紀, 李 文文, 清水 康司, 南谷 英美, 渡邉 聡
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2019-12-27  

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