• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2022 Fiscal Year Annual Research Report

Theoretical analyses of phonon-related properties of layered materials and their local structures

Research Project

Project/Area Number 19H02544
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)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 南谷 英美  分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 教授(兼任) (00457003)
清水 康司  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00838378)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords層状物質 / フォノン / 第一原理計算 / 機械学習ポテンシャル
Outline of Annual Research Achievements

機械学習原子間ポテンシャルを用いたフォノン関連物性の解析に関連して本年度は以下の成果を得た。
(1)WS2薄膜の解析に利用できる高次元ニューラルネットワークポテンシャルを作成した。バルクモデルと薄膜モデルを併用する、予測精度の粗いポテンシャルをまず作成し、それを用いて学習データ用構造を生成する等の工夫により、エネルギーについて約5meV/原子、力について約100meV/Åの予測精度を有するポテンシャルを作成できた。これを用いてS原子欠損を導入したWS2薄膜に対して分子動力学計算を行い、S原子空孔から特徴的な多環構造が生成される等、この薄膜における欠陥構造の振舞いを明らかにした。
(2)欠陥の荷電状態の違いを考慮できる高次元ニューラルネットワークポテンシャルを開発した。既存の方法に系の荷電状態と体積から成る入力情報を追加するという簡単な改変により、エネルギーの予測精度を大きく向上させることができた。さらに、開発したポテンシャルを用い、N原子空孔の荷電状態の違いによるフォノンバンド構造の変化もよい精度で予測できることを確認した。これを用いた熱伝導特性の解析も進めている。
(3)パーシステント図を用いて機械学習ポテンシャル用の新しい構造記述子を生成する方法を開発した。具体的には、パーシステント図を2次元のヒストグラムに変換し、それを正規化する。この記述子をアモルファスカーボン構造に適用し、学習に用いたサイズより大きい系も含めてエネルギーを数十meV/原子程度の精度で予測可能であることを示すことができた。高次元ニューラルネットワークポテンシャルによく用いられる構造記述子である対称性関数ではハイパーパラメータの最適化が面倒であるのに対し、これが不要である優位性を持っており、今後の発展が期待できる方法である。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (13 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Using neural network potentials to study defect formation and phonon properties of nitrogen vacancies with multiple charge states in GaN2022

    • Author(s)
      Koji Shimizu, Ying Dou, Elvis F. Arguelles, Takumi Moriya, Emi Minamitani, Satoshi Watanabe
    • Journal Title

      Physical Review

      Volume: 106 Pages: 054108~054108

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.106.054108

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Topological descriptor of thermal conductivity in amorphous Si2022

    • Author(s)
      Minamitani Emi, Shiga Takuma, Kashiwagi Makoto, Obayashi Ippei
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 156 Pages: 244502~244502

    • DOI

      10.1063/5.0093441

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Relationship between local coordinates and thermal conductivity in amorphous carbon2022

    • Author(s)
      Minamitani Emi, Shiga Takuma, Kashiwagi Makoto, Obayashi Ippei
    • Journal Title

      Journal of Vacuum Science &Technology A

      Volume: 40 Pages: 033408~033408

    • DOI

      10.1116/6.0001744

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ニューラルネットワークポテンシャルを用いた薄膜WS2の原子構造の解析2023

    • Author(s)
      大塚 竜慈、清水 康司、若林 整、渡邉 聡
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Study on Ion Migration in Amorphous Materials under electric fields using Neural Network Potentials2022

    • Author(s)
      Satoshi Watanabe, Ryuji Otsuka, Koji Shimizu, and Yasunobu Ando
    • Organizer
      Psi-k Conference 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study on Ion Diffusion/Migration in Amorphous Materials using High-Dimensional Neural Network Potentials2022

    • Author(s)
      Satoshi Watanabe, Junich Okamoto,Ryuji Otsuka, Koji Shimizu and Yasunobu Ando
    • Organizer
      22nd International Vacuum Congress
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Behaviors of ions in next-generation electronic devices studied via atomistic simulations2022

    • Author(s)
      Satoshi Watanabe
    • Organizer
      WPI-MANA International Symposium
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Phonon and Point Defect Related Properties of GaN Studied using Neural Network Potential2022

    • Author(s)
      Koji Shimizu, Emi Minamitani, and Satoshi Watanabe
    • Organizer
      Psi-k Conference 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Phonon and Point Defect Related Properties of GaN Studied using Neural Network Potential2022

    • Author(s)
      Koji Shimizu, Emi Minamitani, and Satoshi Watanabe
    • Organizer
      22nd International Vacuum Congress
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Investigation of Defect Behavior near the Interfaces of Au/Li3PO4 using Neural Network Potential2022

    • Author(s)
      Koji Shimizu, Yasunobu Ando, Emi Minamitani, Satoshi Watanabe
    • Organizer
      23rd International Conference on Solid State Ionics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Topological descriptor of thermal conductivity in covalent amorphous solids2022

    • Author(s)
      Emi Minamitani
    • Organizer
      14th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices ‘22
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 発熱と熱輸送の第一原理計算2022

    • Author(s)
      南谷英美
    • Organizer
      日本表面真空学会2022年度関東支部講演大会
    • Invited
  • [Presentation] Relationship between local coordinates and thermal conductivity in covalent amorphous solids2022

    • Author(s)
      Emi Minamitani, Takuma Shiga, Makoto Kashiwagi, Ippei Obayashi
    • Organizer
      22nd International Vacuum Congress
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi