シミュレーテッドアニーリング法を用いた粉末回折図形指数付法の開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12875123
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 虎谷 秀穂 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (20143662)
• キーワード: 自動指数付け / シミュレーテッドアニーリング法 / モンテカルロ法 / 粉末回折図形

研究概要

本方法は、モンテカルロ法、シミュレーテッドアニーリング法等、いわゆる汎最適化法を用いて、未知の格子定数を決定し、粉末回折図形に指数を付ける方法の開発を目指したものである。これらの汎用最適化法は、どのような問題にも適用できる汎用性の高さと、同時に個々の問題への適用において、いわゆる評価関数およびパラメータ調整の個別問題化を行う事が必要である。
1)方法の基本アルゴリズムの開発
先ず、個別問題化を中心に、研究を進めた。未知結晶構造解析法の開発に関連して、シミュレーテッドアニーリング法において必用となる徐冷スケジュールに関して研究を行ない、いくつかのスケジュールの関数化とそれらの実用化試験をおこなった。次いで、格子決定においては、格子定数が未知変数として扱われるが、非拘束下における探索は効率を低下させる。そこで、単位胞体積の拘束条件化の可能性に関して研究を進めた。
2)指数付け用のプログラム開発
基本アルゴリズムを実際に応用するにあたって必要とされる計算機用プログラムの開発を行った。このプログラムは、個々の結晶系を順次仮定して、格子を探索する方法を採用した。アルゴリズム適用の基本設計に基づき、計算機用プログラムはフォートランによって書かれた。対称性が高い試料の粉末回折データを用いて、プログラムの運用試験を行った。
3)方法の新たな展開
上述の様に、本研究で用いた方法は極めて汎用性が高く、初期値が得られていない未知の構造モデル探索に適している。本研究で主要アルゴリズムとして開発研究を行なったモンテカルロ法およびシミュレーテッドアニーリング法をさらに発展させ、未知の結晶構造を解く方法の開発に結びつけた。
得られた研究成果は,研究発表欄に記されている。

研究成果

• [文献書誌] Y.Tanahashi, H.Nakamura, S.Yamazaki, Y.Kojima, H.Saito, T.Ida, H.Toraya: "Ab initio Structure Determination of monoclinic 2,2-dihydroxy-methylbutanoic acid from synchrotron radiation powder diffraction data:a combined use of direct methods and the Monte Carlo method"Acta Cryst.alogr.. B57. 184-189 (2001)
• [文献書誌] H.Nakamura, S.Yamazaki, T.Ohnishi, T.Ida, H.Toraya: "The Monte Carlo method for finding missing atoms in solving crystal structures from powder diffraction data without applying a rigid-body approximation"Powder Diffraction. 16. 65-70 (2001)
• [文献書誌] S.Yamazaki, H.Toraya: "Determination of positions of zeolitic calcium atoms and water molecules in hydrothermally formed aluminum-substituted tobermorite-1.1nm using synchrotron radiation powder diffraction data"J.Am.Ceram.Soc.. 84. 2685-2690 (2001)
• [文献書誌] H.Toraya: "Crystal structure analysis using high-resolution synchrotron radiation powder diffraction data"J.Ceram.Soc.Jpn.. (2001)