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スパースモデリングによるナノデバイスシミュレーション解析

公募研究

研究領域スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成
研究課題/領域番号 26120511
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関東京大学

研究代表者

安藤 康伸  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00715039)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2015年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2014年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワードアモルファス / ニューラルネットワーク / イオン拡散 / 分子架橋系 / 非平衡グリーン関数 / 統計解析
研究実績の概要

平成27年度は「ニューラルネットワークによる機械学習を用いたアモルファス中のイオン拡散経路の理論的同定」という課題に取り組んだ。アモルファスは周期的な原子構造を持たないため高次元の構造自由度を有しており、機能と構造に関する解析は非常に困難である。そのため、アモルファスが有する高次元構造自由度をスパース化し、機能と関連付けられる形でモデリングすることがデバイス・及び材料開発の現場では強く望まれている。我々は、アモルファスのイオン拡散機能と構造の関係性を明らかにするためイオン拡散ネットワークを理論的同定が必要であると考え、アモルファス中でCuイオンが感じる原子間力ポテンシャルのニューラルネットワークを用いたモデリングによる、拡散経路の高速探索手法を開発した。構成したポテンシャルモデルの性能を評価したところ、テストデータの誤差は0.1 eV程度であり、必要な精度を満たすモデルを構築することができた。そしてこのモデルを用いることで、一度のエネルギー評価にかかる時間を全てDFTで計算する場合に比べ数千分の一に削減することに成功した。学習データ作成に必要な計算コストがあるとはいえ、これはDFTであれば1年かかる計算をわずか数時間で実現できるほどのインパクトがある。Cuイオンは準安定配置をノードとしたネットワークの中を流れていくと考えられる。本モデルを用いることで、このネットワーク内をCuイオンが移動する際のエネルギーコストも高速に評価することに成功した。得られたネットワークの解析から今後、拡散機能と構造の関係性が明らかになると期待される。

本プロジェクトの成果として学会誌への解説記事1報、学会発表6件を行った。また本年度の成果をもとに2報の論文を執筆中である。また、本研究成果をもととして5件の共同研究に結びつけた。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] マテリアルズ・インフォマティクスによる分子電気伝導シミュレーション解析の試み2015

    • 著者名/発表者名
      安藤 康伸, 藤掛 壮, 渡邉 聡
    • 雑誌名

      表面科学会誌

      巻: 36 ページ: 515-520

    • NAID

      130005104142

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 機械学習によるポテンシャルモデリング:アモルファス内イオン拡散経路探索への応用2016

    • 著者名/発表者名
      安藤 康伸, Wenwen Li,渡邉 聡
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第三回 放射光・中性子によるセラミックス原子相関解析研究会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京都 豊島区)
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] スパースモデリングによるナノデバイスシミュレーション解析2016

    • 著者名/発表者名
      安藤 康伸, 藤掛 壮, Wenwen Li, 渡邉 聡
    • 学会等名
      「スパースモデリングの深化と高次元 データ駆動科学の創成」2015 年度公開シンポジウム
    • 発表場所
      神戸大学統合研究拠点 コンベンションホール(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-03-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ペロブスカイト型カソードの伝導率の第一原理計算による評価2015

    • 著者名/発表者名
      Jaekyun Hwang, 安藤康伸, 渡邉聡
    • 学会等名
      第41回固体イオニクス討論会
    • 発表場所
      北海道大学 工学部(北海道札幌市)
    • 年月日
      2015-11-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Study of Cu diffusion in amorphous Ta2O5 using a neural network potentia2015

    • 著者名/発表者名
      Wenwen Li,安藤康伸,渡邉聡
    • 学会等名
      第41回固体イオニクス討論会
    • 発表場所
      北海道大学 工学部(北海道札幌市)
    • 年月日
      2015-11-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Data-driven Statistical Analysis of Electrical-Transport Simulation of Molecular Junctions2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Ando, S. Fujikake, and S. Watanabe
    • 学会等名
      Psi_k Conference 2015
    • 発表場所
      The Kursaal Congress Centre, San Sebastian, Spain
    • 年月日
      2015-09-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Materials Search of Perovskite Cathode in SOFC by Statistical Analysis2015

    • 著者名/発表者名
      J. Hwang, Y. Ando, and S. Watanabe
    • 学会等名
      ECS Conference on Electrochemical Energy Conversion & Storage with SOFC-XIV
    • 発表場所
      Scottish Exhibition And Conference Centre, Glasgow, UK
    • 年月日
      2015-07-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子架橋系における電気伝導シミュレーションの統計解析2015

    • 著者名/発表者名
      安藤康伸, 藤掛壮, 渡邉聡
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学, 東京都
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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