網羅的第一原理計算とスパース推定による高精度原子間ポテンシャルの開発

• 研究課題/領域番号: 15H04116
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 金属物性・材料
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 世古 敦人 京都大学, 工学研究科, 准教授 (10452319)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円); 2017年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2016年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2015年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
• キーワード: 機械学習 / 原子間ポテンシャル / 分子動力学 / 回帰分析 / 第一原理計算 / 線形回帰

研究成果の概要

第一原理計算と機械学習手法に基づき，高精度原子間ポテンシャルを構築する手法の提案を行った．具体的には，系統的な構造記述子を導入することにより，遷移金属を含むすべての金属に対して高精度な原子間ポテンシャルを構築することが可能な統一的な枠組みを提案した．さらに，機械学習ポテンシャルと金属系で広く用いられているEAMポテンシャルとの関係を明らかにした．これは，物理的解釈が難しかった機械学習ポテンシャルの一つの解釈である．また，結晶粒界などの大規模構造への応用を目指し，構造データ分布に基づいた異常検知の機械学習による指標を導入することができた．

研究成果

• [雑誌論文] Conceptual and practical bases for the high accuracy of machine learning interatomic potentials: Application to elemental titanium (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, A, Seko, A and Tanaka, I
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW MATERIALS 巻: 1-6 号: 6 ページ: 063801-063801
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.1.063801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Representation of compounds for machine-learning prediction of physical properties (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsuto Seko, Hiroyuki Hayashi, Keita Nakayama, Akira Takahashi, Isao Tanaka
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 号: 14 ページ: 144110-144110
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.144110
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles interatomic potentials for ten elemental metals via compressed sensing (2015)
  • 著者名/発表者名: Seko, A., Takahashi, A. and Tanaka, I.
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 92 号: 5 ページ: 054113-054113
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.054113
  • NAID: 120005690126
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Linearized machine learning interatomic potentials for metals and recommender system for the discovery of unknown materials (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Seko
  • 学会等名: Total Energy and Force Methods Workshop 2018 (Cambridge)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 材料科学データにおける機械学習の応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 世古敦人
  • 学会等名: 日本物理学会共催シンポジウム(千葉)
  • 招待講演
• [学会発表] 単体金属の線形回帰ポテンシャルに対する予測精度の一般的傾向 (2018)
  • 著者名/発表者名: 世古 敦人，高橋 亮，田中 功
  • 学会等名: 日本金属学会春期大会（千葉）
• [学会発表] 大規模構造に対する線形回帰ポテンシャルの高精度化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 近藤 大介，世古 敦人，田中 功
  • 学会等名: 日本金属学会春期大会（千葉）
• [学会発表] 材料科学データに対する機械学習手法の応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 世古敦人
  • 学会等名: 加工プロセスによる材料新機能発現 第176委員会 第33回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Applications of machine learning to materials data (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Seko
  • 学会等名: IPAM workshop: Optimization and Optimal Control for Complex Energy and Property Landscapes (Los Angeles)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 材料科学データにおける機械学習の応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 世古敦人
  • 学会等名: 触媒学会コンピュータの利用研究会セミナー（横浜）
  • 招待講演
• [学会発表] 線形回帰を用いたTiの高精度原子間ポテンシャル構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋亮，世古敦人，田中功
  • 学会等名: 日本金属学会 2017年秋期講演大会
• [学会発表] 精度保証付き線形回帰原子間ポテンシャルの構築について (2017)
  • 著者名/発表者名: 大槻祐介，高橋亮，世古敦人，田中功
  • 学会等名: 日本金属学会 2017年秋期講演大会
• [学会発表] 材料科学データに対する機械学習の応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 世古敦人
  • 学会等名: 金属学会シンポジウム「データサイエンスと材料研究開発」
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [学会発表] 材料科学データに対する機械学習手法の応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 世古敦人
  • 学会等名: 情報・データ科学との連携・融合による物性物理・量子化学の新展開
  • 発表場所: 理研AICS
  • 招待講演
• [学会発表] 角度項を用いた線形回帰ポテンシャルの構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋亮，世古敦人，田中功
  • 学会等名: 日本金属学会 2017年春期講演大会
  • 発表場所: 首都大学南大沢キャンパス
• [学会発表] 単体金属における原子間ポテンシャル関数の線形表現 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋亮，世古敦人，田中功
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] First-principles interatomic potentials via compressed sensing (2016)
  • 著者名/発表者名: Atsuto Seko
  • 学会等名: TMS 2016
  • 発表場所: Nashville, USA
  • 年月日: 2016-02-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Applications of Machine Learning Techniques to First-principles Data (2016)
  • 著者名/発表者名: Atsuto Seko
  • 学会等名: ENGE 2016
  • 発表場所: Korea, Jeju
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 第一原理計算と機械学習手法を使った材料物性予測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 世古敦人
  • 学会等名: 第２６回格子欠陥フォーラム
  • 発表場所: 京都市
  • 招待講演
• [学会発表] 線形回帰ポテンシャルによる単体金属の物性値予測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋亮，世古敦人，田中功
  • 学会等名: 日本金属学会 2016年秋季講演大会
  • 発表場所: 大阪大学
• [学会発表] First-principles interatomic potentials via compressed sensing (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsuto Seko
  • 学会等名: MRS Fall meeting 2015
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2015-12-02
  • 国際学会
• [学会発表] 第一原理計算と圧縮センシングによる高精度原子間ポテンシャルの構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 世古敦人
  • 学会等名: 第6回計算統計物理学研究会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] First-principles interatomic potentials via compressed sensing (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsuto Seko
  • 学会等名: The 18th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2015-11-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 第一原理計算の線形回帰による原子間ポテンシャル構築：多体間相互作用の寄与 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋亮，世古敦人，田中功
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2015-09-17
• [学会発表] 第一原理計算と圧縮センシングによる高精度原子間ポテンシャルの構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 世古敦人，高橋亮，田中功
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2015-09-17