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Hypermaterials informatics and the search for hidden orders

Planned Research

Project AreaHypermaterials: Inovation of materials scinece in hyper space
Project/Area Number 19H05820
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionThe Institute of Statistical Mathematics

Principal Investigator

Yoshida Ryo  統計数理研究所, 先端データサイエンス研究系, 教授 (70401263)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 桂 ゆかり (岡本 ゆかり / 桂ゆかり)  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 統合型材料開発・情報基盤部門, 主任研究員 (00553760)
竹森 那由多 (上田 那由多 / 竹森那由多)  大阪大学, 量子情報・量子生命研究センター, 准教授 (10784085)
野澤 和生  鹿児島大学, 理工学域理学系, 准教授 (00448763)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥89,700,000 (Direct Cost: ¥69,000,000、Indirect Cost: ¥20,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥19,370,000 (Direct Cost: ¥14,900,000、Indirect Cost: ¥4,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥19,370,000 (Direct Cost: ¥14,900,000、Indirect Cost: ¥4,470,000)
Fiscal Year 2020: ¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2019: ¥14,820,000 (Direct Cost: ¥11,400,000、Indirect Cost: ¥3,420,000)
Keywordsマテリアルズインフォマティクス / 準結晶 / データベース / 機械学習 / 第一原理電子状態計算 / 電子構造計算
Outline of Research at the Start

ハイパーマテリアル(準結晶、近似結晶等)を対象とするマテリアルズ・インフォマティクス(MI)の学術基盤を構築する。近年、様々な物質・材料を対象にMI の学術基盤が急速に形成されている。しかしながら、ハイパーマテリアルのMI (ハイパーマテリアルズ・インフォマティクス)は未踏領域であり、学術創生に向けた動きは国内外ともにみえてこない。我々はこの未踏領域を開拓する。

Outline of Final Research Achievements

We have developed an infrastructure of materials informatics for "hypermaterials," a group of quasiperiodic materials, including composition prediction of quasicrystals and approximants, XRD-based phase identification, ab initio electronic structure calculations, crystal structure prediction, descriptors, and so on. First, we developed HYPOD, an open database that comprehensively accumulates compositions, properties, and phase diagrams of quasicrystals and approximants. This is the world's first comprehensive database in the field of quasicrystals. Using this database, the machine learning group built a model to predict the chemical compositions that form thermodynamically stable quasicrystals, and succeeded in discovering many new quasicrystals. These are the first materials discovered by machine learning in the 40-year history of quasicrystal research.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本グループはハイパーマテリアルズインフォマティクスという準結晶研究の新機軸を創出した。データ駆動型研究のためのオープンデータを構築し、準結晶・近似結晶の組成予測や深層学習基づく相同定など,機械学習の実践により多くの新物質を発見することに成功した。これらは、40年に渡る準結晶研究の歴史において、機械学習が発見した初めての物質である。また、表面解析、触媒研究、バンド計算、高次元電子構造計算のアルゴリズム開発、分子動力学計算によるハイパーマテリアルの異常高温比熱の起源解明など、計算科学的手法に基づく準結晶研究の学術基盤を構築した。

Report

(6 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (216 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (49 results) (of which Int'l Joint Research: 15 results,  Peer Reviewed: 43 results,  Open Access: 36 results) Presentation (155 results) (of which Int'l Joint Research: 31 results,  Invited: 132 results) Book (1 results) Remarks (5 results)

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      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 2304546-2304546

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      Volume: 108 Issue: 13 Pages: 134107-134107

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      Volume: 7 Issue: 9 Pages: 093805-093805

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      Volume: 56 Issue: 14 Pages: 5446-5456

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      Volume: 5 Issue: 4 Pages: 0431641-13

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      10.1016/b978-0-12-823144-9.00124-2

    • ISBN
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    • DOI

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    • NAID

      130008062403

    • ISSN
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      Volume: 62 Issue: 3 Pages: 350-355

    • DOI

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    • NAID

      130007990791

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      吉田 亮, ウ ステファン, 森川 淳子
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      統計数理:特集「マテリアルズインフォマティクスの最前線」

      Volume: 69 Pages: 35-47

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      Shunya Minami, Song Liu, Stephen Wu, Kenji Fukumizu, Ryo Yoshida
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      Minoru Kusaba, Chang Liu, Yukinori Koyama, Kiyoyuki Terakura, Ryo Yoshida
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 4780-4780

    • DOI

      10.1038/s41598-021-81850-z

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      F. Garmroudi, A. Riss, M. Parzer, N. Reumann, H. Muller, E. Bauer, S. Khmelevskyi, R. Podloucky, T. Mori, K. Tobita, Y. Katsura, and K. Kimura
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 103 Issue: 8

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.085202

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      Chang Liu, Erina Fujita, Yukari Katsura, Yuki Inada, Asuka Ishikawa , Ryuji Tamura, Kaoru Kimura, and Ryo Yoshida
    • Journal Title

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      Volume: -

    • DOI

      10.21203/rs.3.rs-240290/v1

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      Volume: 276 Pages: 861-865

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      Nayuta Takemori, Ryotaro Arita, and Shiro Sakai
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW B

      Volume: 102 Issue: 11 Pages: 1151081-8

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.115108

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      Takahiro Takahashi, Koichi Kitahara, Yukari Katsura, Junpei Okada, Yu-ichiro Matsushita and Kaoru Kimura
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      Solid State Sciences

      Volume: 108 Pages: 106377-106377

    • DOI

      10.1016/j.solidstatesciences.2020.106377

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      Guo Zhongliang、Wu Stephen、Ohno Mitsuru、Yoshida Ryo
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      Journal of Chemical Information and Modeling

      Volume: 60 Issue: 10 Pages: 4474-4486

    • DOI

      10.1021/acs.jcim.0c00320

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      Guo Z, Wu S, Ono M. Yoshida R
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      Yamada Hironao、Liu Chang、Wu Stephen、Koyama Yukinori、Ju Shenghong、Shiomi Junichiro、Morikawa Junko、Yoshida Ryo
    • Journal Title

      ACS Central Science

      Volume: 5 Issue: 10 Pages: 1717-1730

    • DOI

      10.1021/acscentsci.9b00804

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      Wu Stephen、Lambard Guillaume、Liu Chang、Yamada Hironao、Yoshida Ryo
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      Molecular Informatics

      Volume: 39 Issue: 1-2 Pages: 1900107-1900107

    • DOI

      10.1002/minf.201900107

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      H. Yamamura, Y. Ohishi, Y. Katsura, K. Kimura, N. Uchida and T.Kanayama
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      AIP Advances

      Volume: vol.9 Issue: 11

    • DOI

      10.1063/1.5111512

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      青木 祐太, 釣本 輝希, ウ ステファン, 林 慶浩, 南 俊匠, 白鳥 和矢, 吉田 亮
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] データ科学による新物質の予測と発見2022

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      吉田 亮
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      第7回オンラインサロン「スパコンコロキウム」
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  • [Presentation] データ駆動型材料研究における統計的諸問題:現状と展望2022

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      吉田 亮
    • Organizer
      第15回 品質工学技術戦略研究発表大会
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  • [Presentation] Development of an Automated Polymer Property Calculation System “RadonPy” and Data Platform Co-creation through Industry-Academia Collaboration2022

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      Y. Hayashi, Y. Noguchi, A. Takahashi, W. Stephen, R. Yoshida
    • Organizer
      The 17th Pacific Polymer Conference (PPC17)
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  • [Presentation] Design of liquid-crystalline polyimides by integrating expert knowledge to a data-driven machine learning framework2022

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      W. Stephen, H. Maeda, R. Marui, E. Yoshida, Y. Nabae, T. Hayakawa, Y. Noguchi, Y. Hayashi, R. Yoshida
    • Organizer
      The 17th Pacific Polymer Conference (PPC17)
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  • [Presentation] Using machine learning to discover quasicrystals2022

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      R. Yoshdia
    • Organizer
      Aperiodic 2022 (10th International Conference on Aperiodic Crystals)
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  • [Presentation] Statistical Machine Learning for Materials Modeling and Simulation2022

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      R. Yoshida
    • Organizer
      2022 SIAM International Conference on Data Mining
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ハイパーマテリアルにおける弱結合超伝導2022

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      竹森 那由多
    • Organizer
      物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算物質科学の新展開」
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  • [Presentation] Search for Semiconducting Quasicrystal2022

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      K. Kimura, Y. Katsura, K. Kitahara, T. Hiroto, J. T. Okada, Y. Iwasaki, and Y. Takagiwa
    • Organizer
      21st International Symposium on Boron, Borides and Related Materials (ISBB 2022)
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 実験MIと新材料探索2022

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      熊谷将也, 安藤有希, 田中敦美, 津田宏治, 桂ゆかり, 黒崎 健
    • Organizer
      応用物理学会 第83回秋季講演会
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  • [Presentation] Materials Informatics の活用による新規材料の実験的探索プロジェクト2022

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      桂ゆかり, 高田悠, 稲田祐樹, 熊谷将也, 森戸春彦, 藤岡正弥, 秋山正和
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第35回秋季シンポジウム
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  • [Presentation] Starrydata: an open literature-based experimental material property database2022

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      Yukari Katsura
    • Organizer
      The 13th Asian Thermophysical Properties Conference
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 論文からの大規模実験データの収集と理論物性科学への活用2022

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      桂 ゆかり
    • Organizer
      第76回物性理論セミナー
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  • [Presentation] 準結晶超伝導の理論的研究2022

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      竹森 那由多
    • Organizer
      第28回渦糸物理ワークショップ
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  • [Presentation] Materials Informaticsと新規合成手法の開発による新物質探索研究2022

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      桂 ゆかり
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      東京大学大学院新領域創成科学研究科 公開シンポジウムシリーズ 第5回「エネルギービームでつくる、みるー新しい物質創成ー」
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  • [Presentation] Starrydata: 実験値Materials Informaticsのためのオープン データベース2022

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      桂 ゆかり
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      実践データ駆動科学オンラインセミナー 第15回 データを集める データを使う 材料科学の現場から
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  • [Presentation] Starrydata: データ収集から始まる Materials Informatics2022

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      桂 ゆかり
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      令和4年度 先端研究拠点形成(JAISTサイエンスハブ構築)支援事業 「デジタルトランスフォーメーション(DX)の現状とサスティナブルイノべーションへの展開」
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  • [Presentation] AI との共存と論文データインフォマティクスの可能性2022

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      桂 ゆかり
    • Organizer
      日本結晶成長学会 新技術・新材料分科会 第 2 回研究会 『新技術・新材料開発に向けたデータ駆動技術の応用』
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  • [Presentation] Materials Informaticsによる熱電変換材料の世界の俯瞰2022

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      桂 ゆかり
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会 イノベーション共創プログラム(CIP); 低炭素社会実現のための熱エネルギー有効活用技術
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      日本物理学会第77回年次大会(2022年)
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      第2回プラズマインフォマティクス研究会
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      吉田亮
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      名古屋大学生物統計セミナー
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      CMC Researchウェビナー(2022年2月)
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      PiAI Seminar Series: Physics informed AI in Plasma Science
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      吉田亮
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      国立精神・神経医療研究センター 第2回脳病態数理・データ科学セミナー
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      吉田亮
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      「富岳」成果創出加速プログラム 物質・材料系課題 合同研究会
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      第4回ROIS 産学連携・知的財産セミナー データサイエンスにおける産学連携シーズ~ ROIS・統数研 産連知財セミナー ~
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      ウ ステファン,野口 瑶,林 慶浩,難波江 裕太,早川 晃鏡,森川 淳子,吉田 亮
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      2021年度統計関連学会連合大会
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      Ryo Yoshida
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      1st International School on Hypermaterials
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      桂 ゆかり
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      2021年第82回応用物理学会秋季学術講演会
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      日本金属学会 2021年秋季 第169回講演大会
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      Open space between aperiodic order and physics & chemistry of materials (IRN-Aperiodic)
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      吉田 亮
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  • [Presentation] マテリアルズインフォマティクス概論2020

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      吉田 亮
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      CMCリサーチセミナー
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  • [Presentation] マテリアルズインフォマティクス概説2020

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      日本化学会第100春季年会
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  • [Presentation] Materials Informaticsによる新規ナノフレームワークホウ化物の探索2020

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  • [Presentation] Physical properties of weak-coupling quasiperiodic superconductors2019

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      K. Nozawa
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      吉田 亮
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      第35回関東CAE懇話会 AI・IoT時代のデータ利活用による理解と発見
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      吉田 亮
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      第14回 MI2Iコンソーシアムイベント
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  • [Presentation] マテリアルズインフォマティクスの最前線:物質の表現・学習・生成2019

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      吉田 亮
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  • [Presentation] 機械学習の先進技術がもたらす材料研究の革新2019

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      日本接着学会 2019年度 第3回研究講演会
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  • [Presentation] MIにおける機械学習の先進応用:現状と展望2019

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  • [Presentation] <スモールデータの壁を乗り越える> マテリアルズインフォマティクス概説2019

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      伊藤 聡、吉田 亮、劉 暢、Stephen Wu、野口 瑶、山田 寛尚、赤木 和人、大林 一平、山下 智樹
    • Total Pages
      202
    • Publisher
      共立出版
    • ISBN
      9784320072022
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Published: 2019-07-04   Modified: 2025-01-30  

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