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データ駆動型マテリアルデザインによる新奇高エントロピー合金材料の探索

研究課題

研究課題/領域番号 18K04926
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分29010:応用物性関連
研究機関東京大学 (2019-2022)
大阪大学 (2018)

研究代表者

福島 鉄也  東京大学, 物性研究所, 特任准教授 (00506892)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2018年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワードKKRグリーン関数法 / コヒーレントポテンシャル近似 / データ駆動型マテリアルデザイン / 高エントロピー合金 / 自動ハイスループット材料計算 / 機械学習 / 第一原理計算 / マテリアルデザイン
研究成果の概要

我々は、スーパーコンピュータ「富岳」と、独自の第一原理計算コードである「AkaiKKR」を用いることにより、約15万個の磁性多元合金から成る広大な材料空間を自動網羅的に探索することで、電子状態、磁化、強磁性転移温度、電気抵抗率を含むユニークで利用価値の高い大規模物性データベースの構築を試みた。また、データベースに頻出パターンマイニング等のデータ科学手法を適用することにより、磁気特性を決定する支配因子や電気抵抗率の法則性の発見にも成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、「富岳」の計算能力と国産ソフトウェアがあってこそなし得たものであり、マテリアルDXにおいて基盤となる大規模物性データベースを構築したモデルケースである。本研究で開発したソフトウェアや自動網羅計算ツールは、4元高エントロピー合金だけでなく、永久磁石材料やスピントロニクス材料等へ適用することができる。そのため、データ駆動により新たな知識や法則性を見つけ出すことが可能になると同時に、多様な材料の開発が大幅に短縮されることが期待される。

報告書

(6件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (42件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (22件) (うち国際共著 1件、 査読あり 22件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 4件、 招待講演 10件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] Forschungszentrum Juelich(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Forschungszentrum Juelich(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Physics-informed machine learning combining experiment and simulation for the design of neodymium-iron-boron permanent magnets with reduced critical-elements content2023

    • 著者名/発表者名
      K. Alexander、F Johann、O. Harald、K. Alexander、A. Qais、G. Markus、M. Yano、N. Sakuma、A. Kinoshita、T. Shoji 、A. Kato、Y. Hong、S. Greniere、T. Devillers、N. Dempsey、T. Fukushima、H. Akai、N. Kawashima、T. Miyake、T. Schrefl
    • 雑誌名

      Frontiers in Materials

      巻: 9 ページ: 01-09

    • DOI

      10.3389/fmats.2022.1094055

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The role of electron-phonon scattering on thermoelectric properties of intermetallic compounds XSi (X = Co, Rh)2023

    • 著者名/発表者名
      Nam Ho Ngoc、Suzuki Katsuhiro、Masago Akira、Shinya Hikari、Fukushima Tetsuya、Sato Kazunori
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 62 号: 2 ページ: 020904-020904

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acb97a

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A first-principles study on the electrical conductivity of Ag<sub>2</sub>S<sub>1?<i>x</i></sub>Se<sub><i>x</i></sub> (<i>x</i>?=?0, 0.25, 0.5): Electron?phonon coupling2022

    • 著者名/発表者名
      Nam Ho Ngoc、Suzuki Katsuhiro、Masago Akira、Nguyen Tien Quang、Shinya Hikari、Fukushima Tetsuya、Sato Kazunori
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 120 号: 14 ページ: 143903-143903

    • DOI

      10.1063/5.0086703

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low-temperature acanthite-like phase of Cu2S: electronic and transport properties2022

    • 著者名/発表者名
      Nam Ho Ngoc、Suzuki Katsuhiro、Nguyen Tien Quang、Masago Akira、Shinya Hikari、Fukushima Tetsuya、Sato Kazunori
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 号: 7

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.075205

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct and inverse magnetocaloric effects in FeRh alloy2022

    • 著者名/発表者名
      Tran Hung Ba、Fukushima Tetsuya、Momida Hiroyoshi、Sato Kazunori、Makino Yukihiro、Oguchi Tamio
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 926 ページ: 166718-166718

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2022.166718

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Automatic exhaustive calculations of large material space by Korringa-Kohn-Rostoker coherent potential approximation method applied to equiatomic quaternary high entropy alloys2022

    • 著者名/発表者名
      Fukushima T.、Akai H.、Chikyow T.、Kino H.
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 6 号: 2

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.6.023802

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mn基ホイスラー合金の磁気特性と電子状態 ―猿橋賞受賞によせて―2021

    • 著者名/発表者名
      Umetsu Rie Y.、Saito Kotaro、Ono Kanta、Sato Kazunori、Fukushima Tetsuya、Kuroda Fumiaki、Oguchi Tamio
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 60 号: 4 ページ: 205-211

    • DOI

      10.2320/materia.60.205

    • NAID

      130008013861

    • ISSN
      1340-2625, 1884-5843
    • 年月日
      2021-04-01
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ferromagnetism and giant magnetoresistance in zinc-blende FeAs monolayers embedded in semiconductor structures2021

    • 著者名/発表者名
      Anh Le Duc、Hayakawa Taiki、Nakagawa Yuji、Shinya Hikari、Fukushima Tetsuya、Kobayashi Masaki、Katayama-Yoshida Hiroshi、Iwasa Yoshihiro、Tanaka Masaaki
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 4201-4201

    • DOI

      10.1038/s41467-021-24190-w

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A novel method for generating p-type wide- and ultrawide-bandgap III-nitride by doping with magnetic elements2021

    • 著者名/発表者名
      Masago Akira、Shinya Hikari、Fukushima Tetsuya、Sato Kazunori、Katayama-Yoshida Hiroshi
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 14 号: 9 ページ: 091007-091007

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac197f

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetocaloric effect in MnCoGe alloys studied by first-principles calculations and Monte-Carlo simulation2021

    • 著者名/発表者名
      Tran Hung Ba、Fukushima Tetsuya、Makino Yukihiro、Oguchi Tamio
    • 雑誌名

      Solid State Communications

      巻: 323 ページ: 114077-114077

    • DOI

      10.1016/j.ssc.2020.114077

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High Curie temperature in Eu-doped GaN caused by volume-compensated Ga-vacancy2020

    • 著者名/発表者名
      Masago Akira、Shinya Hikari、Fukushima Tetsuya、Sato Kazunori、Katayama-Yoshida Hiroshi
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 10 号: 2 ページ: 025216-025216

    • DOI

      10.1063/1.5116054

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Valence states and the magnetism of Eu ions in Eu-doped GaN2020

    • 著者名/発表者名
      T.Nunokawa, Y. Fujiwara, Y. Miyata, N. Fujimura, T.Sakurai, H.Ohta, A.Masago, H.Shinya, T. Fukushima, K. Sato, H. Katayama-Yoshida
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 127 号: 8 ページ: 083901-083901

    • DOI

      10.1063/1.5135743

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin injection through energy-band symmetry matching with high spin polarization in atomically controlled ferromagnet/ferromagnet/semiconductor structures2020

    • 著者名/発表者名
      Yamada Michihiro、Kuroda Fumiaki、Tsukahara Makoto、Yamada Shinya、Fukushima Tetsuya、Sawano Kentarou、Oguchi Tamio、Hamaya Kohei
    • 雑誌名

      NPG Asia Materials

      巻: 12 号: 1 ページ: 47-47

    • DOI

      10.1038/s41427-020-0228-5

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] First-principles study of magnetism and phase stabilities of V2 based antiferromagnetic Heusler alloys2020

    • 著者名/発表者名
      Kuroda F.、Fukushima T.、Oguchi T.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 127 号: 19 ページ: 193904-193904

    • DOI

      10.1063/1.5143826

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] First-principles calculations of finite temperature electronic structures and transport properties of Heusler alloy Co2MnSi2020

    • 著者名/発表者名
      Shinya H.、Kou S.、Fukushima T.、Masago A.、Sato K.、Katayama-Yoshida H.、Akai H.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 117 号: 4 ページ: 042402-042402

    • DOI

      10.1063/5.0017862

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hole-mediated ferromagnetism in a high-magnetic moment material, Gd-doped GaN2020

    • 著者名/発表者名
      Masago Akira、Shinya Hikari、Fukushima Tetsuya、Sato Kazunori、Katayama-Yoshida Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 32 号: 48 ページ: 485803-485803

    • DOI

      10.1088/1361-648x/abac8e

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical prediction of maximum Curie temperatures of Fe-based dilute magnetic semiconductors by first-principles calculations2019

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Tetsuya、Shinya Hikari、Masago Akira、Sato Kazunori、Katayama-Yoshida Hiroshi
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 12 号: 6 ページ: 063006-063006

    • DOI

      10.7567/1882-0786/ab2360

    • NAID

      210000156149

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental verification of the origin of positive linear magnetoresistance in CoFe(V1?xMnx)Si Heusler alloys2019

    • 著者名/発表者名
      Yamada S.、Kobayashi S.、Masago A.、Kumara L. S. R.、Tajiri H.、Fukushima T.、Abo S.、Sakuraba Y.、Hono K.、Oguchi T.、Hamaya K.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 19 ページ: 195137-195137

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.195137

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anomalous Hall conductivity and electronic structures of Si-substituted Mn2CoAl epitaxial films2018

    • 著者名/発表者名
      K. Arima, F. Kuroda, S. Yamada, T. Fukushima, T. Oguchi, and K. Hamaya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 97 号: 5

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.054427

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] First-principles prediction of the control of magnetic properties in Fe-doped GaSb and InSb2018

    • 著者名/発表者名
      Shinya Hikari、Fukushima Tetsuya、Masago Akira、Sato Kazunori、Katayama-Yoshida Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 124 号: 10 ページ: 103902-103902

    • DOI

      10.1063/1.5046912

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetism of Eu-doped GaN modulations by spinodal nanodecomposition2018

    • 著者名/発表者名
      Masago Akira、Shinya Hikari、Fukushima Tetsuya、Sato Kazunori、Katayama-Yoshida Hiroshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 98 号: 21

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.214426

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic and transport properties of equiatomic quaternary Heusler CoFeVSi epitaxial films2018

    • 著者名/発表者名
      Yamada S.、Kobayashi S.、Kuroda F.、Kudo K.、Abo S.、Fukushima T.、Oguchi T.、Hamaya K.
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 2 号: 12 ページ: 124403-124403

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.2.124403

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] スーパーコンピュータ「富岳」による大規模物性データの自動創出2022

    • 著者名/発表者名
      福島鉄也
    • 学会等名
      日本磁気学会、第238回研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 「富岳」を用いた磁性材料の探索とデータ解析2022

    • 著者名/発表者名
      福島鉄也
    • 学会等名
      第2回「先読みシミュレーション工学」フォーラム「データサイエンスを活用した工学シミュレーション」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 計算物質科学協議会におけるマテリアルDXへの取り組み2021

    • 著者名/発表者名
      福島鉄也
    • 学会等名
      第31回日本MRS年次大会(パシフィコ横浜ノース)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] スーパーコンピュータ「富岳」を用いた磁性材料の探索2021

    • 著者名/発表者名
      福島鉄也
    • 学会等名
      分子研研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] スーパーコンピュータ「富岳」による磁性材料データの自動創出2021

    • 著者名/発表者名
      福島鉄也
    • 学会等名
      スーパーコンピュータ「富岳」成果創出加速プログラムシンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速・高精度の第一原理計算を用いたハイスループットスクリーニング手法の開発~不規則系物質への応用~2021

    • 著者名/発表者名
      福島鉄也
    • 学会等名
      物性科学におけるデータ科学の今と未来
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] KKR法を用いた有限温度におけるホイスラー合金の電子状態と伝導特性の計算2020

    • 著者名/発表者名
      福島鉄也
    • 学会等名
      計算物質科学の新展開2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] KKRグリーン関数法を用いた磁性合金材料のデザイン2020

    • 著者名/発表者名
      福島鉄也
    • 学会等名
      コンピュータによる材料開発・物質設計を考える会(CAMMフォーラム)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] All-electron calculations of crystalline and amorphous phases in magnetic phase change materials by KKR Green's function method2020

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Fukushima
    • 学会等名
      APS March Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design of spintronics and magnetic materialsby Korringa-Kohn-Rostoker Green’s function method2019

    • 著者名/発表者名
      T. Fukushima, H. Katayama-Yoshida, K. Sato, M. Ogura, R. Zeller, P. H. Dederichs, H. Kino, and T.&#160;Chikyo
    • 学会等名
      the 22nd Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] KKRグリーン関数法を用いた磁性材料のデザイン2019

    • 著者名/発表者名
      福島鉄也
    • 学会等名
      PCoMSシンポジウム&計算物質科学スーパーコンピュータ共用事業報告会2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Feベース強磁性半導体の物質設計と極めて高いキュリー温度の予測2019

    • 著者名/発表者名
      福島鉄也、新屋ひかり、真砂啓、佐藤和則、吉田博
    • 学会等名
      第3回 CSRN-Tokyo Workshop 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] KKRグリーン関数法を用いたスピントロニクス材料のデザイン2019

    • 著者名/発表者名
      福島鉄也、新屋ひかり、高成柱、 真砂啓、佐藤和則、吉田博、木野日織、知京豊裕
    • 学会等名
      Spin Research Network of Japan (SPIN-RNJ) 2019年度年次報告会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Theoretical prediction of maximum Curie temperatures of Fe-based dilute magnetic semiconductors by first-principles calculations2019

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Fukushima
    • 学会等名
      American Physical Society 2019
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] First-principles design of ferromagnetic phase change materials2018

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Fukushima
    • 学会等名
      10th International School and Conference on Physics and Applications of Spin Phenomena in Solid (PASPS-10)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Materials Design of Magnetic Materials2018

    • 著者名/発表者名
      福島鉄也
    • 学会等名
      PCoMSシンポジウム&計算物質科学スーパーコンピュータ共用事業報告会2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] First-principles investigations of high entropy alloys by all-electron order-N screened KKR Green’s function method2018

    • 著者名/発表者名
      福島鉄也
    • 学会等名
      NIMS第35回 MaDIS研究交流会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] スピントロニクスのための計算機ナノマテリアルデザイン2022

    • 著者名/発表者名
      吉田 博
    • 総ページ数
      308
    • 出版者
      内田老鶴圃
    • ISBN
      9784753622016
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2024-01-30  

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