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2021 年度 実績報告書

次世代材料探索のための離散幾何解析推進

総括班

研究領域次世代物質探索のための離散幾何学
研究課題/領域番号 17H06460
研究機関東北大学

研究代表者

小谷 元子  東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (50230024)

研究分担者 大西 立顕  立教大学, 人工知能科学研究科, 教授 (10376387)
内藤 久資  名古屋大学, 多元数理科学研究科, 准教授 (40211411)
高見 誠一  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40311550)
一木 輝久  名古屋大学, 未来社会創造機構, 特任准教授 (40711156)
古田 幹雄  東京大学, 大学院数理科学研究科, 教授 (50181459)
青柳 岳司  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 総括研究主幹 (50786241)
下川 航也  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (60312633)
橋本 幸士  京都大学, 理学研究科, 教授 (80345074)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2022-03-31
キーワード離散幾何学 / トポロジー / 材料設計 / 階層ネットワーク
研究実績の概要

本領域では、領域代表者の専門である離散幾何解析学を用いて、原子・分子のようなミクロ構造やナノ粒子などのメゾ構造(これらを階層的ネットワークと理解)と、物質・材料のマクロな性質つまり物性・機能の関係を幾何学的に記述し解析することを目指し、物質のミクロ・メゾ構造とマクロな物性・機能の関係を解明し(順問題)、求められる物性・機能を持つミクロ・メゾ構造の予見(逆問題)、更に構造を生成する動的構造形成の制御(最適化・制御)までを一連の流れとして理解することを目的としてきた。数学と物質・材料科学の連携により、「構造・機能・プロセスの相関原理」を解明することで、「次世代物質探索のための離散幾何解析学」を創成することが大きな達成目標である。
最終年度となる本年は、これまでの成果をとりまとめ、領域全体をカバーする国際研究集会"International Conference on Discrete Geometric Analysis for Materials Design"を開催し成果を発表した。1月にはWorkshop "Discrete Geometric Analysis and its Applications"を開催し、海外の著名な研究者に多数参加してもらうことができた。また領域活動で得られたデータを整理・保管し、発展研究のプラットフォームとして活用できるように整備する枠組みを構築し、参加研究者からデータを収集した。研究成果は速やかに国際研究集会発表、論文・総説の国際学術誌への発表などにより、研究コミュニティに発信した。領域のホームページを拡充し、専門家向けに成果を迅速に発信したりアーカイブしたりするだけでなく、市民向けの講座や、領域代表者が編集責任者を務めるSpringer Briefs in the Mathematics of Materials からモノグラフ形式でのサーベイ論文を出版した。 企業を対象とするセミナーやチュートリアル、コンサルテーションなど情報共有の機会を設けた。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

備考

【News letter 離散幾何と材料】 Vol.08, Vol.09, Vol.10 発行
【新聞掲載】「東北大・九大・JSTなど、ベイズ推定を用いた電子構造の解析法を開発」日本経済新聞, 2021年7月
「数学と物質科学が融合 シミュレーションで材料設計加速 東北大など有用性実証」科学新聞(WEB), 2021年7月

  • 研究成果

    (48件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (18件) (うち査読あり 16件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 7件、 招待講演 15件) 備考 (3件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] UCサンタバーバラ大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      UCサンタバーバラ大学
  • [国際共同研究] フリードリヒ・アレクサンダー大学エアランゲン=ニュルンベルク/ベルリン自由大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      フリードリヒ・アレクサンダー大学エアランゲン=ニュルンベルク/ベルリン自由大学
  • [国際共同研究] ケンブリッジ大学(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      ケンブリッジ大学
  • [国際共同研究] オーストラリア国立大学(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      オーストラリア国立大学
  • [雑誌論文] Yau and Souplet-Zhang type gradient estimates on Riemannian manifolds with boundary under Dirichlet boundary condition2022

    • 著者名/発表者名
      Keita Kunikawa and Yohei Sakurai
    • 雑誌名

      Proc. Amer. Math. Soc.

      巻: 150(4) ページ: 1767-1777

    • DOI

      10.1090/proc/15768

  • [雑誌論文] Heat flow and concentration of measure on directed graphs with a lower Ricci curvature bound2022

    • 著者名/発表者名
      R. Ozawa, Y. Sakurai, T. Yamada,
    • 雑誌名

      Potential Analysis

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1007/s11118-022-09994-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Construction of continuum from a discrete surface by its iterated subdivisions2022

    • 著者名/発表者名
      M. Kotani, H. Naito, C. Tao
    • 雑誌名

      Tohoku Mathematical Journal

      巻: 74(2) ページ: -

    • DOI

      10.48550/arXiv.1806.03531

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 3D arrangement of atomic polyhedra in tilt grain boundaries2021

    • 著者名/発表者名
      Kazutoshi Inoue, Kazuaki Kawahara, Mitsuhiro Saito, Motoko Kotani, Yuichi Ikuhara
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 202 ページ: 266-276

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2020.10.017

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deep learning-based estimation of Flory-Huggins parameter of A-B block copolymers from cross-sectional images of phase-separated structures2021

    • 著者名/発表者名
      K. Hagita, T. Aoyagi, Y. Abe, S. Genda, T. Honda
    • 雑誌名

      Sci Rep

      巻: 11(1) ページ: 12322

    • DOI

      10.1038/s41598-021-91761-8

  • [雑誌論文] Geometric model of 3D curved graphene with chemical dopants2021

    • 著者名/発表者名
      A. Dechant, T. Ohto, Y. Ito, M.V. Makarova, Y. Kawabe, T. Agari, H. Kumai, Y. Takahashi, H. Naito, M. Kotani
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 182 ページ: 223-232

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2021.06.004

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Unveiling quasiparticle dynamics of topological insulators through Bayesian modelling2021

    • 著者名/発表者名
      S. Tokuda, S. Souma, K. Segawa, T. Takahashi, Y. Ando, T. Nakanishi, T. Sato
    • 雑誌名

      Commun. Phys.

      巻: 4 ページ: 170-1-8

    • DOI

      10.1038/s42005-021-00673-6

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Visualization of judgment regions in convolutional neural network for X-ray diffraction and scattering images of aliphatic polyesters2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshifumi Amamoto, Hiroteru Kikutake, Ken Kojio, Atsushi Takahara, Kei Terayama
    • 雑誌名

      Polym. J

      巻: 53 ページ: 1269-1279

    • DOI

      10.1038/s41428-021-00531-w

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Change of Weighted Network Structure of Elastomer during Uniaxial Elongation2021

    • 著者名/発表者名
      ITO Mariko I.、AMAMOTO Yoshifumi、OHNISHI Takaaki,
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      巻: 20 ページ: 89-91

    • DOI

      10.2477/jccj.2021-0040

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Random Forest Analysis of X-ray Diffraction and Scattering Data on Crystalline Polymer2021

    • 著者名/発表者名
      TAKAHASHI Kazuki K.、AMAMOTO Yoshifumi、KIKUTAKE Hiroteru、ITO Mariko I.、TAKAHARA Atsushi、 OHNISHI Takaaki
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      巻: 20(3) ページ: 103-105

    • DOI

      10.2477/jccj.2021-0042

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Maximal diameter theorem for directed graphs of positive Ricci curvature2021

    • 著者名/発表者名
      R. Ozawa, Y. Sakurai, T. Yamada
    • 雑誌名

      Comm. Anal. Geom.

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.48550/arXiv.2011.00755

    • 査読あり
  • [雑誌論文] One dimensional weighted Ricci curvature and displacement convexity of entropies2021

    • 著者名/発表者名
      Yohei Sakurai
    • 雑誌名

      Math. Nachr

      巻: 294(10) ページ: 1950?1967

    • DOI

      10.1002/mana.201900143

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rigidity phenomena on lower N-weighted Ricci curvature bounds with ε-range for non-symmetric Laplacian2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Kuwae and Yohei Sakurai
    • 雑誌名

      Illinois J. Math.

      巻: 65(4) ページ: 847--868

    • DOI

      10.1215/00192082-9619586

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Liouville theorem for heat equation along ancient super Ricci flow via reduced geometry2021

    • 著者名/発表者名
      Keita Kunikawa and Yohei Sakurai
    • 雑誌名

      J. Geom. Anal.

      巻: 31(12) ページ: 11899--11930

    • DOI

      10.1007/s12220-021-00705-1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Liouville theorems for harmonic map heat flow along ancient super Ricci flow via reduced geometry2021

    • 著者名/発表者名
      Keita Kunikawa and Yohei Sakurai
    • 雑誌名

      Calc. Var. Partial Differential Equations

      巻: 60(5) ページ: 24 pp.

    • DOI

      10.1007/s00526-021-02079-2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 3次元畳み込みニューラルネットワークの転移学習を用いたブロック共重合体の応力ひずみ曲線予測2021

    • 著者名/発表者名
      川口裕靖, 伊藤真利子, 青柳岳司, 大西立顕
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      巻: 20(3) ページ: 100-102

    • DOI

      10.2477/jccj.2021-0037

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ミクロ相分離構造の最大連結成分と自由エネルギー2021

    • 著者名/発表者名
      川口裕靖, 伊藤真利子, 山中貞人, 青柳岳司, 大西立顕
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      巻: 19(4) ページ: 136-138

    • DOI

      10.2477/jccj.2021-0001

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Arrangement of polyhedral units for [0001]-symmetrical tilt grain boundaries in zinc oxide2021

    • 著者名/発表者名
      Kazutoshi Inoue, Ji-Young Roh, Kazuaki Kawahara, Mitsuhiro Saito, Motoko Kotani, Yuichi Ikuhara
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 212 ページ: 116864-116864

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2021.116864

    • 査読あり
  • [学会発表] Mathematics, a Common Language of Science in History and in the Digital Era2022

    • 著者名/発表者名
      Motoko Kotani
    • 学会等名
      Breaking barriers for gender equity through research
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Various curvature conditions on weighted Ricci curvature and geometric analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Yohei Sakurai
    • 学会等名
      Submanifold Geometry and Lie Group Actions
    • 招待講演
  • [学会発表] Gaussian heat kernel estimates of Bamler-Zhang type along super Ricci flow2022

    • 著者名/発表者名
      Yohei Sakurai
    • 学会等名
      Geometry and Probability
    • 招待講演
  • [学会発表] Classification of grain boundaries in Euclidean space2022

    • 著者名/発表者名
      Kazutoshi Inoue
    • 学会等名
      Discrete Geometric Analysis and its Applications
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 粒界三次元構造の記述について2022

    • 著者名/発表者名
      井上和俊
    • 学会等名
      第3回数学と諸分野の連携にむけた若手数学者交流会
    • 招待講演
  • [学会発表] 粒界三次元構造の記述について2022

    • 著者名/発表者名
      井上和俊
    • 学会等名
      ワークショップ「物性と離散幾何学」
    • 招待講演
  • [学会発表] DX社会の基盤技術~数理を活用した産学連携について2021

    • 著者名/発表者名
      小谷元子
    • 学会等名
      数理活用産学連携イニシアティブ
    • 招待講演
  • [学会発表] 離散幾何解析とその応用2021

    • 著者名/発表者名
      小谷元子
    • 学会等名
      2021年度 日本数学会 秋季総合分科会
    • 招待講演
  • [学会発表] 離散幾何解析と物質科学への応用2021

    • 著者名/発表者名
      小谷元子
    • 学会等名
      The World of Mathematical Physics II
    • 招待講演
  • [学会発表] Liouville theorem for harmonic map heat flow along ancient super Ricci flow via reduced geometry2021

    • 著者名/発表者名
      Yohei Sakurai
    • 学会等名
      The 6th China-Japan Geometry Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Maximal diameter theorem for directed graphs of positive Ricci curvature2021

    • 著者名/発表者名
      Yohei Sakurai
    • 学会等名
      The 21st International Conference on Discrete Geometric Analysis for Material Design
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Liouville theorem for harmonic map heat flow along ancient super Ricci flow via reduced geometry2021

    • 著者名/発表者名
      Yohei Sakurai
    • 学会等名
      Kagurazaka Differential Geometry Seminar
    • 招待講演
  • [学会発表] Characterization of lower curvature bounds2021

    • 著者名/発表者名
      Yohei Sakurai
    • 学会等名
      Geometry Seminar, Saitama University
    • 招待講演
  • [学会発表] Arrangement of atomic polyhedra in tilt grain boundaries2021

    • 著者名/発表者名
      Kazutoshi Inoue
    • 学会等名
      International Conference on Discrete Geometric Analysis for Materials Design
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Arrangement of polyhedral units for tilt grain boundaries2021

    • 著者名/発表者名
      Kazutoshi Inoue
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] 結晶粒界の多面体配列と階層性2021

    • 著者名/発表者名
      井上和俊
    • 学会等名
      山形大学離散数理セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Change of network structure of elastomers under elongation2021

    • 著者名/発表者名
      Mariko Ito, Yoshifumi Amamoto, Takaaki Ohnishi
    • 学会等名
      Conference on Complex Systems 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] エラストマーの一軸伸長における架橋点間距離の変化のネットワーク構造依存性2021

    • 著者名/発表者名
      伊藤真利子, 天本義史, 大西立顕
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会2021春季大会
  • [学会発表] ネットワーク科学を用いた高分子材料の構造の定量化2021

    • 著者名/発表者名
      大西立顕
    • 学会等名
      第15回 物性科学領域横断研究会 (領域合同研究会)
  • [学会発表] 化学グラフ理論による物質解析2021

    • 著者名/発表者名
      辻雄太
    • 学会等名
      第15回 物性科学領域横断研究会 (領域合同研究会)
  • [学会発表] 離散幾何学・情報科学に基づく高分子のメゾ構造-物性相関2021

    • 著者名/発表者名
      天本義史
    • 学会等名
      第15回 物性科学領域横断研究会 (領域合同研究会)
  • [学会発表] 第一原理計算と離散曲面論を用いたグラフェンナノ構造体の触媒活性制御2021

    • 著者名/発表者名
      大戸達彦
    • 学会等名
      第15回 物性科学領域横断研究会 (領域合同研究会)
  • [備考] 「次世代物質探索のための離散幾何学」ホームページ

    • URL

      https://www.math-materials.jp/

  • [備考] 数学を取り入れたシミュレーションで材料設計を加速

    • URL

      https://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/jp/achievements/press/2021/20210707_001417.html

  • [備考] ベイズ推定を用いた新たな電子構造の解析法を開発 トポロジカル絶縁体などを巡る数々の論争の決着へ

    • URL

      https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2021/07/press20210728-1-Bayes.html

  • [学会・シンポジウム開催] Discrete Geometric Analysis and its Applications2022

URL: 

公開日: 2022-12-28  

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