2020 Fiscal Year Research-status Report
Magnetic materials exploration using data-driven AI that can explain structure-property mechanisms
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20K05301
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
DAM HieuChi 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (70397230)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
水上 卓 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (50270955)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | データ駆動型材料探索 / 結晶性磁性材料 / 説明可能なAI |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は構造物性機構の理解を重視したAIと材料科学の首尾一貫的な枠組みを構築し，RE（希土類金属）ーT（遷移金属・構造安定化元素）ーX（軽元素）結晶性磁性材料の候補空間を系統的に探索し，高磁気能で構造安定性をもつ代替結晶候補を発見することと構造物性科学に対して，理解・応用の両面で貢献することを目的とした． 特定のREーTー X結晶性材料において，安定結晶構造候補の完全な相図や構造物理関係性を抽出した．また，データ駆動型AIの構築を行い，構造物性機構の理解を進めて，高性能な代替結晶の候補を呈示できるようにした．研究遂行のために次の２点の目標を設定した．(a)原子置換手法による膨大な候補空間から，物質群の構造物性の相関関係を抽出し，安定かつ特性の良い磁性材料の候補を効率よく探索できる第一原理計算とデータ駆動型AIを融合したシステムを構築する．(b)構築したシステムを使って，特定の原子に関して系統的に安定なRE-T-X結晶構造候補を発掘し，構造物性機構を解明し，特性の良い代替結晶を見つけて，第一原理計算を用いて検証する．
目標を達成する為に，本年度に以下に挙げる２つの到達点を設定し，研究を遂行した．
1) 開発した原子軌道と配位子場の情報を取り入れたOFM記述子を用いて，機械学習用のRE－T－X結晶性材料の基本データベースの構築を行った．また，既存の結晶性材料データベースを統合し，第一原理計算を実行して計算値を充当し，作成した．
2) 機械学習を用いて構築したRE－T－X結晶性材料のデータベースからデータ駆動的に物質の安定性に注目した構造物性相関関係の抽出及び安定性を定性的に評価する確率モデルの構築を行った．
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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
本研究代表者は実験・計算・データ科学の融合による物質科学研究のために応用性と学理性を両立するマテリアルズインフォマティクスの基盤技術の構築を長年従事し，十分な経験を保有している．材料の記述子の設計と高い精度で物性値を予測する手法，材料構造物性機構を解明するためにデータ駆動型の材料類似度評価方法，研究者の直観が働きやすい物質空間を可視化する手法，物質の構造物性の物理法則や反応機構を帰納的に解明する手法など，一連の首尾一貫的なフレームワークを構築してきたため，本研究は概ね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
計画した研究目標を達成する為に，今後の研究に次に挙げる２つの到達点を設定し，研究を遂行する予定である． １) 機械学習を用いて構築したRE－T－X結晶性材料のデータベースから網羅的にホスト格子を選定し，RE－T－X結晶性材料の各原子および空洞サイトへの元素置換・挿入操作で作成できる膨大な候補空間を自動生成機によって構築し，安定性評価モデルを用いて候補を特定し，さらに第一原理計算を用いて理論検証を行う．特にRE (Nd, Sm, Zr)ーT (Fe, Co, Ti, Al, Si, V, Cr, Mn, Mo, W)ーX (H, B, N, O) を検討する． ２)特定の元素群について完全な相図を得られた時点で，最初の出口成果として公開し，全体のサイクルを設計し，系統的に安定なRE-T-X結晶性材料の候補を発掘し，特性の良いRE-T-X磁石の代替結晶を探索する．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により旅費や人件費・謝金は計画通りに実行できなかった．次年度に研究成果報告するための旅費や研究加速化するための人件費・謝金の使用額が生じる．
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