2018 Fiscal Year Research-status Report
Search for superconducting hydrogen compounds by integration approach of computational and data sciences
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17K05541
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
石河 孝洋 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, NIMS特別研究員 (40423082)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 遺伝的アルゴリズム / 遺伝的プログラミング / 機械学習 / 第一原理計算 / 水素化合物 / 結晶構造 / 超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度は、目的とする硫化水素に匹敵する高温超伝導水素化合物の発見には至らなかった。そこで平成30年度は超伝導性評価関数の予測精度を更に高めるようにデータベースの強化、評価関数作成方法の改良を行い、候補物質の再探索に取り組んだ。
平成30年8月にランタン水素化合物で硫化水素を越える260 Kの超伝導が実験で発見され、第一原理計算によって新たな超伝導水素化合物が続々と報告されているため、これらのデータを収集してデータベースの更新を行った。アルカリ土類金属やその周辺元素の水素化合物で200 Kを越える超伝導転移温度（Tc）が、また、硫黄を筆頭とする第3周期以降の14、15、16族元素の水素化合物で100 Kを超えるTcが予測されており、これらも含めて62種類の化合物、497個のデータがデータベースに収録された。
このデータベースに含まれる全データを使って超伝導性評価関数の作成に再度取り組んだ。圧力、空間群、質量、水素含有量、電子間クーロン斥力定数μ*を変数とする関数を準備し、これから得られる値（超伝導性評価値）とTcとの間に強い相関を持つものを優れた関数として5000世代まで遺伝的プログラミングで進化させた。これを繰り返して得られた50個の評価関数に対して10分割交差検証によって予測性能の検証を行い、最も優れた関数を「超伝導性予測器」として採用した。
この超伝導性予測器を使って高温超伝導の候補物質を回帰分析で調べた。超伝導転移温度が200 Kを超える6つの2元系水素化合物（H3S、MgH6、CaH12、YH10、LaH10、AcH10）を基礎とする3元系水素化合物を準備してそれらの超伝導性評価値からTcを見積もったところ、KScH24及びSrZrH20でTc=150 K及び230 Kという結果が得られた。現在はこれらの第一原理的検証に取り組んでいる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成30年度は、データベースの強化と超伝導評価関数作成方法の改良に取り組み、予定していたところまで研究を進めることができた。回帰分析で得られた候補物質について第一原理計算による検証を本格的に行う段階まで到達した。これらを踏まえて、研究はおおむね順調に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度は、回帰分析で得られた高温超伝導の候補物質について第一原理計算による検証を実施する計画である。ここまでの研究結果をまとめて論文発表を行う。第一原理的検証を行うためには候補物質の最安定構造を遺伝的アルゴリズムで決定し、その構造を使ってフォノン計算を実行して超伝導性を調べるという手順となる。しかし、この方法では化学組成の安定性については直接的に調べることができないという問題がある。そこでこれを解決するために熱力学的に安定な化学組成も同時に探索できる新たな方法の開発に取り組んでおり、この研究についても並行して進める予定である。
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| Causes of Carryover |
2018年8月に所属先が大阪大学から物質・材料研究機構に変更となり、研究費の使用計画を見直す必要があったため、次年度使用額が生じた。次年度は請求した助成金と合わせて計算機クラスタを新たに導入する予定である。
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