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2022 年度 研究成果報告書

自動第一原理計算と多変数ベイズ最適化を用いた無機材料探索システムの構築

研究課題

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研究課題/領域番号 21K14401
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分26020:無機材料および物性関連
研究機関東京工業大学

研究代表者

高橋 亮  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (80822311)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
キーワード第一原理計算 / 機械学習 / ハイスループット計算
研究成果の概要

物性値が一定の範囲内に収まるような物質探索を機械学習により自律的に行う手法を開発した。研究室内のデータベースで性能テストを行った結果、極端な範囲を指定しない限り、ベイズ最適化よりも本手法の性能が優れていることを示した。また本手法は複数の物性値を考慮して探索する場合にも適用可能である。(STAM: Methodsに2022年4月に出版)
さらにハイスループット計算技術を組み合わせることで、自律的に材料探索を行うシステムを開発した。high-k誘電体探索を想定したテストを行い、ランダムな計算を行うよりも約5倍速く目標物質を同定できることを示した。この成果については現在論文を投稿中である。

自由記述の分野

材料科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

データ科学や機械学習を材料科学に応用する研究は本研究課題採択前から広く流行しており、また第一原理計算による大規模データベースが公開され機械学習の様々な手法がテストされていた。一方で未知の物質探索に関する研究は意外に珍しく、革新的な材料の開発はまだ行われていなかった。
原因として(1)複数の物性値を同時に考慮する手法が一般的でないこと(2)ハイスループット計算の技術が複雑であること、の2点が考えられる。本研究では新しく手法を開発することにより(1)を、実際に自律探索システムを作ることで(2)を解決した。本手法は様々な物質群・物性値に適用可能であり、半導体・誘電体に限らず応用されることが期待される。

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公開日: 2024-01-30  

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