| 研究課題/領域番号 |
21K03386
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
山下 智樹 長岡技術科学大学, 産学融合トップランナー養成センター, 特任准教授 (60793099)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 結晶構造探索 / 機械学習 / マテリアルズインフォマティクス / CrySPY / LAQA |
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| 研究実績の概要 |
我々が開発している結晶構造探索手法のLAQAでは、第一原理計算から得られる原子に働く力および応力テンソルを用いることにより、最終的にエネルギーがより低くなりそうな構造候補を選択して優先的に最適化することで、不要な最適化計算を行うことなく効率的に安定構造が探索可能となる。2022年度はこれまで開発済みであった、第一原理計算ソフトのQuantum ESPRESSOの最適化ステップごとのエネルギー、原子に働く力および応力テンソルを抽出するコードを結晶構造探索ツールであるCrySPYに取り組み、ユーザーが難しいことを気にすることなくLAQAによるシミュレーションを行うことができるよう、ソフトウェア開発を行った。また、2021年度に開発した、応力テンソルを含めたLAQAのスコア関数も搭載したプログラムも開発バージョンとしては完成しており、他の機能と合わせて2023年5月に公開を予定している。
これまでのCrySPYはインストールに少し難しさが残っていたが、本研究の目的である簡単に扱うことができるようなソフトウェア化のため、プログラム全体を見直すことでインストールを簡単化し、マニュアルも整備した。PythonのソフトウェアリポジトリであるPyPIに登録を行い、pipを使うだけでCrySPYのインストールが可能になった。
本研究を遂行している中で、構造生成のスピードアップへの要望がユーザーから挙がってきた。特にLAQAは最初に多数のランダム構造を生成することになるので、構造生成の効率化も必要不可欠と言える。これまではシングルプロセスの逐次計算で行っていた構造生成をMPI並列を用いた並列計算で行えるようにプログラムを改良した。これにより、CPUの能力を最大限利用した構造生成が可能となった。
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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
手法およびプログラム開発が非常にうまく進んだことで、当初3年間で計画していた内容がおおよそこの2年間で達成できた。まだ、プログラムやマニュアル整備の細かいところは残しているものの、計画以上に進展していると言える。当初の計画には無かったが、非常に重要な構造生成の並列化プログラムの開発も行うことができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究課題で開発予定だった手法およびプログラムはおおよそ完成しているものの、ソフトウェアとして公開するための最終的なチェックやマニュアル整備がまだ少し残っている。2023年度の早い段階でオープンソースソフトウェアとして公開する。研究が順調に進んだことにより、当初の計画には無かったが、構造探索アルゴリズムLAQAのさらなる発展として、結晶構造の全探索手法にLAQAを応用する研究を行う。これまでのLAQAは多数のランダム構造を候補としてそこから選択していくものであった。ランダム構造を候補にすると、そのランダム性のために当たり外れがあるので、構造候補に関しては、考えられ得るワイコフ位置の組合せを全て考慮したものを採用する。全ての空間群で実行するのは難しいので、ここでは空間群を制限した中で構造候補を生成し、LAQAを用いて構造探索を行うことで探索効率を検証する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
半導体価格の高騰のため、2023年度に計上していた予算を40万円分前倒しし、2022年度に計算機を購入した。想定していた価格よりも少し費用を抑えることができたため、次年度使用額が生じた。
2023年度分の助成金と合わせたものを主に学会参加の旅費およびその他消耗品として使用予定である。
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