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2019 年度 実施状況報告書

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
研究機関東京大学

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 – 2021-03-31
キーワード自動ハイスループット材料計算 / 高エントロピー合金 / KKRグリーン関数法
研究実績の概要

現在、Open Quantum Material Database(OQMD)、Novel Materials Discovery(NOMAD)、Automatic Flow for Materials Discovery (AFOW)、The Materials Project等、第一原理電子状態計算により構築された大規模な材料データベースが存在しており、研究者が自由にアクセスしデータを閲覧することが可能になっている。しかし、これらのデータベースは化学量論組成の無機材料かつ電子状態や構造安定性等の単純な物性に焦点が当てられているのが現状である。
本年度、我々は第一原理電子状態計算手法の一つであるKorringa-Kohn-Rostoker (KKR) グリーン関数法とコヒーレントポテンシャル近似 (CPA) に立脚しているAkaiKKRプログラムパッケージに基づいて、自動ハイスループット材料計算手法の開発を行った。本手法は非化学量論組成を有する磁性合金や不純物系等の配置不規則系に対しても適用可能であり、4元高エントロピー合金の網羅的計算をスーパーコンピューター上において実行することで構造特性(全エネルギー)、磁気特性(磁気モーメント、キュリー温度)、伝導特性(残留抵抗)を含む高精度の大規模物性データベースの構築に成功した。
我々が構築した材料データベースとデータマイニング(データ科学的手法や機械学習)を組み合わせることで、高エントロピー合金において生じる物理現象のメカニズムの解明だけでなく、新機能性材料をデザインすることも可能となる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

開発した自動ハイスループット計算ツールにより、広範囲の材料空間のスクリーニングと材料物性データベースの構築を遂行した。
ターゲットとなる材料空間は、計38個の原子(Al, Si, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi)から構成される4元高エントロピー合金群である(全組み合わせは147,630個)。
この材料空間に対してハイスループット計算を適用し、数値パラメーターや収束過程を適切に制御することで、99.97% (147,598/147,630) の系を自動的に計算することに成功した。
構築したデータベースには、KKRグリーン関数法の性質を活かし有限温度磁性や残留抵抗率等、他の第一原理電子状態計算手法では計算が困難な物性が含まれており、研究者にとって非常に価値が高いものとなっている。

今後の研究の推進方策

開発した自動ハイスループット材料計算ツールを、5元・6元高エントロピー合金に適用しさらに大きい材料空間のスクリーニングを高速度・高精度で実行する。
国内・国際会議での研究報告やデータレポジトリサービスを利用したデータベースの公開を通じて、基礎・応用研究の発展に貢献する。

次年度使用額が生じた理由

コロナ禍の影響による物品調達の難航かつ国内外会議の中止による出張の取りやめのため。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

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

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Forschungszentrum Juelich
  • [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 ページ: 025216~025216

    • DOI

      10.1063/1.5116054

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Valence states and the magnetism of Eu ions in Eu-doped GaN2020

    • 著者名/発表者名
      Nunokawa Takumi、Fujiwara Yasufumi、Miyata Yusuke、Fujimura Norifumi、Sakurai Takahiro、Ohta Hitoshi、Masago Akira、Shinya Hikari、Fukushima Tetsuya、Sato Kazunori、Katayama-Yoshida Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 127 ページ: 083901~083901

    • DOI

      10.1063/1.5135743

    • 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 ページ: 063006~063006

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/1882-0786/ab2360

    • 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 ページ: 195137/1-6

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.195137

    • 査読あり
  • [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)
    • 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
    • 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. Chikyo
    • 学会等名
      the 22nd Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
    • 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
  • [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
  • [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

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公開日: 2021-01-27  

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