A large-scale high-dimensional material property database by a literature data collection system

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K14379
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岡本 ゆかり (桂ゆかり) 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (00553760)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: マテリアルズインフォマティクス / データベース / データマイニング / 熱電材料 / 機械学習

Outline of Annual Research Achievements

前年度に開発したStarrydata2 webシステムを用いて、熱電材料のデータ収集を行った。研究業務員による収集に加えて、クラウドソーシングを活用したデータ収集も開始した。この結果、既存の熱電特性データベース(UCSB Thermoelectrics Data)の50倍以上となる、2500論文、15000試料以上の大規模実験値データベースの作成に成功した。
本年度はStarrydata2に、多数のデータを視覚的にグラフ表示できるシステムと、データの一括ダウンロード機能、コマンド（API）による自動データダウンロード機能を搭載した。これにより、マテリアルズインフォマティクスの研究者が利用しやすい形で大量のデータを取得できるようになった。
実験データ利活用の例として、Starrydata2上の鉛テルル系熱電材料の実験データ群を、ニューラルネットワークを用いて機械学習した。この結果、試料の化学組成のみからゼーベック係数などの熱電特性を高精度で予測することに成功した。これらは実験データの直接の機械学習が、物性科学の新発見につながることを示す結果である。Starrydataに収録された実験データの多くは未解析であり、今後他のデータ群についても同様の知見が得られると期待できる。
Starrydata2データベースは世界に公開し、国内外の学会において高い評価を受けた。特に、民間企業からの高い関心を受け、熱電材料のほか、永久磁石材料やその他の機能材料に関する新規データ収集プロジェクトが開始した。
今後、このようなデータ収集活動が大規模に広がり、論文上の実験データはデジタルに手に入るのが当たり前だという環境を実現したい。この目的のため最も先行しているのはStarrydata2 webシステムであり、今後も中心的な役割を果たしていくことが期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Data-driven analysis of electron relaxation times in PbTe-type thermoelectric materials (2019)
  • Author(s): Yukari Katsura, Masaya Kumagai, Takushi Kodani, Mitsunori Kaneshige, Yuki Ando, Sakiko Gunji, Yoji Imai, Hideyasu Ouchi, Kazuki Tobita, Kaoru Kimura, Koji Tsuda
  • Journal Title: Sci. Tech. Adv. Mater. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1080/14686996.2019.1603885
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Roles of Carrier Doping, Band Gap, and Electron Relaxation Time in the Boltzmann Transport Calculations of a Semiconductor’s Thermoelectric Properties (2018)
  • Author(s): Katsura Yukari、Takagi Hidenori、Kimura Kaoru
  • Journal Title: MATERIALS TRANSACTIONS Volume: 59 Pages: 1013～1021
  • DOI: 10.2320/matertrans.E-M2018813
• [Presentation] Materials informatics of thermoelectric materials using big literature data (2019)
  • Author(s): Yukari Katsura, Masaya Kumagai, Riku Sato, Takushi Kodani, Mitsunori Kaneshige, Yuki Ando, Sakiko Gunji, Yoji Imai, Hideyasu Ouchi, Kazuki Tobita, Kaoru Kimura, Koji Tsuda
  • Organizer: TMS2019 148th Annual meeting and exhibition
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Starrydata: a plot mining web system for experimental materials informatics (2019)
  • Author(s): Yukari Katsura, Masaya Kumagai, Mitsunori Kaneshige, Yuki Ando, Sakiko Gunji, Yoji Imai, Riku Sato, Takushi Kodani, Hideyasu Ouchi, Kazuki Tobita, Kaoru Kimura, Koji Tsuda
  • Organizer: PRESTO International symposium on materials informatics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 論文からの実験データ収集 Web システムStarrydataの開発と熱電材料研究への応用 (2019)
  • Author(s): Yukari Katsura, Masaya Kumagai, Mitsunori Kaneshige, Yuki Ando, Sakiko Gunji, Yoji Imai, Riku Sato, Takushi Kodani, Hideyasu Ouchi, Kazuki Tobita, Kaoru Kimura, Koji Tsuda
  • Organizer: MaDISシンポジウム 2019 AIで加速する材料開発とデータプラットフォーム戦略
  • Invited
• [Presentation] 熱電材料の大規模実験データを用いたMaterials Informatics (2018)
  • Author(s): 桂ゆかり, 熊谷将也, 小谷拓史,佐藤陸,金重光則, 安藤有希,郡司咲子,今井庸二,木村薫,津田宏治
  • Organizer: 第39回日本熱物性シンポジウム
• [Presentation] 論文からの熱電特性データベース構築プロジェクトの課題と展望 (2018)
  • Author(s): 桂ゆかり, 熊谷将也, 安藤有希, 郡司咲子, 今井庸二, 木村薫
  • Organizer: 第15回日本熱電学会学術講演会（TSJ2018）
• [Presentation] Starrydata2: 論文中のグラフからの材料特性データ収集システム a web system for materials data collection from published plots (2018)
  • Author(s): Yukari Katsura, Masaya Kumagai, Mitsunori Kaneshige, Takushi Kodani, Hideyasu Ouchi, Sakiko Gunji, Yuki Ando, Yoji Imai, Kaoru Kimura and Koji Tsuda
  • Organizer: Japan Open Science Summit
  • Invited
• [Presentation] ニューラルネットワークに基づく PbTe系熱電材料の特性予測 (2018)
  • Author(s): 佐藤陸, 小谷拓史, 桂ゆかり, 熊谷将也,今井庸二, 郡司咲子, 木村薫
  • Organizer: 第15回日本熱電学会学術講演会（TSJ2018）
• [Presentation] 実験値データベースと第一原理計算による高性能PbTe系熱電変換材料の探索 (2018)
  • Author(s): 小谷拓史，桂ゆかり，熊谷将也, 安藤有希, 郡司咲子, 今井庸二, 木村薫
  • Organizer: 第15回日本熱電学会学術講演会（TSJ2018）
• [Presentation] A web application "Starrydata" for collecting and sharing plot data on published papers (2018)
  • Author(s): Masaya Kumagai, Yukari Katsura, Mitsunori Kaneshige, Takushi Kodani, Hideyasu Ouchi, Sakiko Gunji, Yuki Ando, Yoji Imai, Kaoru Kimura, Koji Tsuda
  • Organizer: 37th International Conference on Thermoelectrics (ICT2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 論文内実験データ収集・共有WebシステムStarrydataの開発 (2018)
  • Author(s): 熊谷将也, 桂ゆかり, 佐藤陸, 金重光則,小谷拓史,大内秀恭, 郡司咲子, 安藤有希,今井庸二,木村薫,津田宏治
  • Organizer: 第15回日本熱電学会学術講演会（TSJ2018）
• [Presentation] Development of high-performance thermoelectric materials guided by large-scale experimental data (2018)
  • Author(s): Takushi Kodani, Yukari Katsura, Masaya Kumagai, Yuki Ando, Yoji Imai, Sakiko Gunji, Kaoru Kimura
  • Organizer: 37th International Conference on Thermoelectrics (ICT2018)
  • Int'l Joint Research
• [Book] マテリアルズ・インフォマティクスによる材料開発と活用集-データベースの構築、記述子の設計法、モデル作成 (2019)
  • Author(s): 桂ゆかり 他（分担執筆）
  • Total Pages: 463
  • Publisher: 技術情報協会
  • ISBN: 978-4-86104-732-9
• [Remarks] Starrydata
  • URL: https://www.starrydata2.org/
• [Remarks] Starrydata
  • URL: https://starrydata.wordpress.com/
• [Remarks] Starrydata2 web system
  • URL: https://sites.google.com/site/yukarisearch/starrydata
• [Remarks] TEdb project on Starrydata
  • URL: http://starrydata.hatenadiary.jp/