| 研究課題/領域番号 |
21H04656
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
小嗣 真人 東京理科大学, 先進工学部マテリアル創成工学科, 教授 (60397990)
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| 研究分担者 |
大河内 拓雄 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 分光推進室, 主幹研究員 (00435596)
平岡 裕章 京都大学, 高等研究院, 教授 (10432709)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| キーワード | 磁区構造 / 自由エネルギー / 因果解析 / 機械学習 |
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| 研究実績の概要 |
今年度は、パーシステントホモロジーと機械学習を融合することで、拡張型ランダウ自由エネルギーモデルの数理的な基本原理を構築した。本モデルは磁区構造の複雑な微細構造を取り扱い可能で、磁化反転のメカニズムの解析を実行するものである。開発では、古典的なランダウモデルをベースに、情報空間上で磁化反転過程を取り扱える様に、数理モデルの設計を行った。具体的には構造の特徴量を説明変数として利用し、情報空間上でのエネルギー勾配を解析できるようにした。実験では、YIGの磁区構造ビッグデータに対して、パーシステントホモロジー（PH）を適用し、主成分分析（PCA）とイジングモデルを組み合わせることで、情報空間にエネルギーランドスケープを描画した。PHとPCA分析により、磁区構造の微細組織と磁化を説明する良質な特徴量が得られた。またエネルギーランドスケープは、磁区の核形成、伸長、分岐、拡大など様々な形状変化に応じて、エネルギー勾配が変化することが明らかとなった。また微分解析によって、わずかなエネルギー障壁を可視化することができた。抽出された障壁は目視では認識困難なもので、隠れた情報の抽出を実行することができた。本モデルによって、ミクロな磁区構造の変化とマクロな磁化反転過程をエネルギーを介して関係接続することができた。成果はMSJ誌を始め2報の論文として投稿した。来年度はLLGシミュレーションを用いて精密な磁区構造データセットを作成し、解析技術の確立を進める。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
2022年度前期分の研究計画を2021年度内に実施することができているため。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度は。LLGシミュレーションによって高精度な磁区構造データセットを作成し、解析手法の確立を目指す。LLGでは定義されたナノ磁性体を設定することができ、計算によって磁区構造と磁気自由エネルギーの大規模データセットを準備する。今年度作成したモデルを適用することで、特徴量の頑健性やエネルギー推定の精度を評価する。また平行してKerr顕微鏡の構築を進め、実験的な大規模データセットの生成環境を整備する。得られた磁区構造に対しても本モデルを適用し、手法の応用展開を図る。計算と実験の両面から、拡張型ランダウ自由エネルギーモデルの有用性を検証し、提案手法の基盤構築を段階的に進める。
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