2023 年度研究成果報告書

強化学習LAQAを用いた高効率結晶構造探索手法の開発およびソフトウェア化

研究課題

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研究課題/領域番号	21K03386
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分13010:数理物理および物性基礎関連
研究機関	長岡技術科学大学
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)
研究期間 (年度)	2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード	結晶構造探索 / 機械学習 / 第一原理計算 / CrySPY / LAQA
研究成果の概要	結晶構造探索手法のLAQAでは、第一原理計算や経験的原子間ポテンシャルを用いた計算から得られるエネルギーおよび原子に働く力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。本研究課題では、応力テンソルを新たにスコアに取り入れることで計算コストを大幅に削減できる手法を開発した。開発したプログラムは結晶構造探索ソフトのCrySPYに組みこみ、GitHubおよびPyPIに公開した。
自由記述の分野	計算材料科学
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究課題で改良されたソフトウェアであるCrySPYはPyPIにおいて現在まで8000以上のダウンロードがあり、月に600から700回ほどインストールされている計算になる。結晶構造探索ツールは、近年の計算機能力の飛躍的向上にともない、新材料設計においてなくてはならないツールになりつつある。また将来の発展に目を向けると、CrySPYは機械学習ポテンシャルと組み合わせて、アクティブラーニングを採用することで計算の高速化が期待できる。すでにその研究も開始しており、そこではLAQAの考え方を用いたスコア方式を採用している。本研究課題の成果がベースとなって、今後のこの分野の発展が見込まれる。