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スパースモデリングによるナノデバイスシミュレーション解析

Publicly Offered Research

Project AreaInitiative for High-Dimensional Data-Driven Science through Deepening of Sparse Modeling
Project/Area Number 26120511
Research Category

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

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

安藤 康伸  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00715039)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2015: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2014: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywordsアモルファス / ニューラルネットワーク / イオン拡散 / 分子架橋系 / 非平衡グリーン関数 / 統計解析
Outline of Annual Research Achievements

平成27年度は「ニューラルネットワークによる機械学習を用いたアモルファス中のイオン拡散経路の理論的同定」という課題に取り組んだ。アモルファスは周期的な原子構造を持たないため高次元の構造自由度を有しており、機能と構造に関する解析は非常に困難である。そのため、アモルファスが有する高次元構造自由度をスパース化し、機能と関連付けられる形でモデリングすることがデバイス・及び材料開発の現場では強く望まれている。我々は、アモルファスのイオン拡散機能と構造の関係性を明らかにするためイオン拡散ネットワークを理論的同定が必要であると考え、アモルファス中でCuイオンが感じる原子間力ポテンシャルのニューラルネットワークを用いたモデリングによる、拡散経路の高速探索手法を開発した。構成したポテンシャルモデルの性能を評価したところ、テストデータの誤差は0.1 eV程度であり、必要な精度を満たすモデルを構築することができた。そしてこのモデルを用いることで、一度のエネルギー評価にかかる時間を全てDFTで計算する場合に比べ数千分の一に削減することに成功した。学習データ作成に必要な計算コストがあるとはいえ、これはDFTであれば1年かかる計算をわずか数時間で実現できるほどのインパクトがある。Cuイオンは準安定配置をノードとしたネットワークの中を流れていくと考えられる。本モデルを用いることで、このネットワーク内をCuイオンが移動する際のエネルギーコストも高速に評価することに成功した。得られたネットワークの解析から今後、拡散機能と構造の関係性が明らかになると期待される。

本プロジェクトの成果として学会誌への解説記事1報、学会発表6件を行った。また本年度の成果をもとに2報の論文を執筆中である。また、本研究成果をもととして5件の共同研究に結びつけた。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2016 2015

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] マテリアルズ・インフォマティクスによる分子電気伝導シミュレーション解析の試み2015

    • Author(s)
      安藤 康伸, 藤掛 壮, 渡邉 聡
    • Journal Title

      表面科学会誌

      Volume: 36 Pages: 515-520

    • NAID

      130005104142

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 機械学習によるポテンシャルモデリング:アモルファス内イオン拡散経路探索への応用2016

    • Author(s)
      安藤 康伸, Wenwen Li,渡邉 聡
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第三回 放射光・中性子によるセラミックス原子相関解析研究会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都 豊島区)
    • Year and Date
      2016-03-14
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] スパースモデリングによるナノデバイスシミュレーション解析2016

    • Author(s)
      安藤 康伸, 藤掛 壮, Wenwen Li, 渡邉 聡
    • Organizer
      「スパースモデリングの深化と高次元 データ駆動科学の創成」2015 年度公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      神戸大学統合研究拠点 コンベンションホール(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2016-03-07
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ペロブスカイト型カソードの伝導率の第一原理計算による評価2015

    • Author(s)
      Jaekyun Hwang, 安藤康伸, 渡邉聡
    • Organizer
      第41回固体イオニクス討論会
    • Place of Presentation
      北海道大学 工学部(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2015-11-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Study of Cu diffusion in amorphous Ta2O5 using a neural network potentia2015

    • Author(s)
      Wenwen Li,安藤康伸,渡邉聡
    • Organizer
      第41回固体イオニクス討論会
    • Place of Presentation
      北海道大学 工学部(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2015-11-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Data-driven Statistical Analysis of Electrical-Transport Simulation of Molecular Junctions2015

    • Author(s)
      Y. Ando, S. Fujikake, and S. Watanabe
    • Organizer
      Psi_k Conference 2015
    • Place of Presentation
      The Kursaal Congress Centre, San Sebastian, Spain
    • Year and Date
      2015-09-06
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Materials Search of Perovskite Cathode in SOFC by Statistical Analysis2015

    • Author(s)
      J. Hwang, Y. Ando, and S. Watanabe
    • Organizer
      ECS Conference on Electrochemical Energy Conversion & Storage with SOFC-XIV
    • Place of Presentation
      Scottish Exhibition And Conference Centre, Glasgow, UK
    • Year and Date
      2015-07-26
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子架橋系における電気伝導シミュレーションの統計解析2015

    • Author(s)
      安藤康伸, 藤掛壮, 渡邉聡
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学, 東京都
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2014-04-04   Modified: 2018-03-28  

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