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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Automated prediction system of Hamaker constants based on molecular theory and simulations associated with data science

Research Project

Project/Area Number 19K05029
Research InstitutionJapan Advanced Institute of Science and Technology

Principal Investigator

本郷 研太  北陸先端科学技術大学院大学, 情報社会基盤研究センター, 准教授 (60405040)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords濡れ性 / ハマカー定数 / リフシッツ理論 / 密度汎関数法 / 機械学習 / 分子記述子
Outline of Annual Research Achievements

ハマカー定数は、マクロな粒子間相互作用を記述するための基礎物性量であり、産業応用上は、溶媒中への微粒子分散・凝集や原料液の塗布など、濡れ性が係る溶液プロセスを現象論的・計算科学的に理解する上での基本的パラメータとなっている。その算定は、現象論的なリフシッツ理論に基づき、UV領域からIR領域への広範な分光スペクトル情報を必要とする。そのため、ハマカー定数の既知な化合物系は限定的であり、溶媒選択に活用できるようなハマカー定数のデータベースも存在しないため、溶液プロセスにおける溶媒選択は、実務担当者のこれまでの知見と経験に基づき限定的であり、必ずしも最適な選択とはなっていない。本研究は、ハマカー定数のハイスループット算定を実現するための機械学習予測モデルを構築して、実験に依らない溶媒スクリーニング技術を開発することを目的とする。ハマカー定数は、広範なスペクトル情報を統合して得られる物性量であり、通常の機械学習モデルのように、分子記述子と対象物性量であるハマカー定数を直接回帰する機械学習モデルは、十分な予測性能を発揮せず、またブラックボックス的であり、そのモデル解釈が困難であるため、モデル改善が困難であった。本研究は、この困難性を克服するために、分子理論に基づき、ハマカー定数を構成する種々の分光パラメータの機械学習モデルに還元し、それらを統合することで、直接予測モデルの性能を改善できた。さらに、これまでに構築した複数予測モデルを統合するアンサンブル学習器の構築と性能評価を行うとともに、モデル選択アルゴリズム、データ分割、ハイパーパラメータ決定などの最終的な検証を行った。今年度は、本研究課題の最終年度であり、これらの成果を取りまとめ、原著論文を執筆し、投稿に向けた最終調整を行なっている。

  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023 2019 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Int'l Joint Research] 韓国科学技術研究院(韓国)

    • Country Name
      KOREA (REP. OF KOREA)
    • Counterpart Institution
      韓国科学技術研究院
  • [Int'l Joint Research] オークリッジ国立研究所(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      オークリッジ国立研究所
  • [Int'l Joint Research] インド工科大学ガンジナガール校(インド)

    • Country Name
      INDIA
    • Counterpart Institution
      インド工科大学ガンジナガール校
  • [Journal Article] (La,Th)H10: the Potential high-Tc (242 K) superconductors Stabilized Thermodynamically below 200 GPa2024

    • Author(s)
      Song Peng、Durajski Artur P.、Hou Zhufeng、Ghaffar Abdul、Dahule Rohit、Szczesniak Radoslaw、Hongo Kenta、Maezono Ryo
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 128 Pages: 2656~2665

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.3c07213

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Locality Error Free Effective Core Potentials for 3d Transition Metal Elements Developed for the Diffusion Monte Carlo Method2023

    • Author(s)
      Ichibha Tom、Nikaido Yutaka、Bennett M. Chandler、Krogel Jaron T.、Hongo Kenta、Maezono Ryo、Reboredo Fernando A.
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 159 Pages: 164114:1-13

    • DOI

      10.1063/5.0175381

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] First-Principles Investigation of Stability and Superconductivity in Ternary Yttrium-Praseodymium Hydrides under High Pressure2023

    • Author(s)
      Qin Ken Sinkou、Song Peng、Hongo Kenta、Maezono Ryo
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 127 Pages: 21242~21249

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.3c02968

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] High-pressure Phases of BaCN2 Explored Using a Genetic Algorithm2023

    • Author(s)
      Song Peng、Khawaguch Mari、Masubuchi Yuji、Oqmhula Kenji、Nakano Kousuke、Maezono Ryo、Hongo Kenta
    • Journal Title

      Computational Materials Science

      Volume: 226 Pages: 112202~112202

    • DOI

      10.1016/j.commatsci.2023.112202

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Evolutionary Algorithm Directed Synthesis of Mixed Anion Compounds LaF2X (X = Br, I) and LaFI22023

    • Author(s)
      Kato Daichi、Song Peng、Ubukata Hiroki、Taguro Haruki、Tassel Cedric、Miyazaki Kohei、Abe Takeshi、Nakano Kousuke、Hongo Kenta、Maezono Ryo、Kageyama Hiroshi
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 62 Pages: e202301416:1-7

    • DOI

      10.1002/anie.202301416

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Towards chemical accuracy using the Jastrow correlated antisymmetrized geminal power ansatz2023

    • Author(s)
      Raghav Abhishek、Maezono Ryo、Hongo Kenta、Sorella Sandro、Nakano Kousuke
    • Journal Title

      Journal of Chemical Theory and Computation

      Volume: 19 Pages: 2222~2229

    • DOI

      10.1021/acs.jctc.2c01141

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 複合アニオン化合物の計算材料科学とデータ科学-蛍光体系を中心に-2024

    • Author(s)
      本郷研太(発表者)、宋鵬、奥村健司、市場友宏、前園涼
    • Organizer
      極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ第14回研究会
    • Invited
  • [Presentation] Data-driven Materials Research: Exploration and Characterization2023

    • Author(s)
      Kenta Hongo
    • Organizer
      Second International Symposium on Materials R&D Data
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Data-driven materials search combined with materials simulations2023

    • Author(s)
      Kenta Hongo
    • Organizer
      International Symposium on Materials Informatics 2023 -Multidisciplinary approach to olefin polymerization catalysis-
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 北陸先端科学技術大学院大学先端科学技術研究科本郷研究室ホームページ

    • URL

      https://www.jaist.ac.jp/is/labs/maezono-lab/homepage2019/_source_rst/00Member.html#hongo-group

  • [Patent(Industrial Property Rights)] リチウムイオン二次電池用正極活物質の置換元素の探索方法2019

    • Inventor(s)
      吉田智大、前園涼、本郷研太
    • Industrial Property Rights Holder
      吉田智大、前園涼、本郷研太
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      7385865

URL: 

Published: 2024-12-25  

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