2023 Fiscal Year Annual Research Report

強化学習LAQAを用いた高効率結晶構造探索手法の開発およびソフトウェア化

Research Project

Project/Area Number	21K03386
Research Institution	Nagaoka University of Technology
Principal Investigator	山下智樹長岡技術科学大学, 産学融合トップランナー養成センター, 特任准教授 (60793099)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	結晶構造探索 / 機械学習 / 第一原理計算 / LAQA
Outline of Annual Research Achievements	我々が開発している結晶構造探索手法のLAQAでは、第一原理計算や経験的原子間ポテンシャルを用いた計算から得られる原子に働く力および応力テンソルを用いることにより、最終的にエネルギーがより低くなりそうな構造候補を選択して優先的に最適化することで、不要な最適化計算を行うことなく効率的に安定構造が探索可能となる。最終年度となる2023年度はこれまでに引き続き、LAQAのソフトウェアへの導入、ソフトウェアの使いやすさの向上のためのコード開発とマニュアルの整備を行った。マニュアル（https://tomoki-yamashita.github.io/CrySPY_doc/index.html）は日本語および英語で書かれており、チュートリアルも充実させた。本研究課題で開発したアルゴリズムのLAQAの組込みも完了し、ユーザーが簡単にLAQAを用いた結晶構造探索を行えるよう整備した。また、予定していた計画より順調に進んだため、当初の計画にはなかった構造生成手法開発にも着手し、空間群が固定された場合に、そのすべてのワイコフ位置の組合せを考慮して考えられうる結晶構造をすべて生成する手法の開発も行なった。この研究はまだ一部の空間群のみで検証を行なっているところであるが、この関連研究の今後のための重要な進展だと言える。将来的にはLAQAやベイズ最適化等と組合せて、結晶構造探索に繋げたい。研究期間全体を通じて、当初予定していた力と応力テンソルを用いたLAQAの開発に成功し、そのソフトウェア公開という目的は達成できた。それだけでなく、結晶構造生成プログラムの並列化を行い、多数のCPUコアを用いた高速な構造生成も可能になった。