2023 Fiscal Year Research-status Report

第一原理網羅計算プラットホームの開発と説明可能な機械学習モデルによる法則の獲得

Research Project

Project/Area Number	23K03950
Research Institution	National Institute for Materials Science
Principal Investigator	木野日織国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 主幹研究員 (70282605)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2026-03-31
Keywords	電気伝導 / 磁性 / 自動計算 / KKR-CPA法 / 説明可能AI
Outline of Annual Research Achievements	現在、各研究者が個別に自動計算システムを作成することが一般的ですが、これにより他の研究者がこれらのシステムを利用するのが難しくなる問題が生じています。そこで、AkaiKKRを用いた電気伝導率計算を容易にするため、AiiDAを用いた自動計算パッケージ「AiiDA-AkaiKKR」を作成しました。このパッケージは、計算のワークフローを自動化し、再現性のあるデータ生成を実現します。また、Pythonパッケージとして簡単にインストールが可能であり，他の研究者が利用できるように設計されており，生成したデータはすでにグラフで関係付けられており作成者以外も内容を理解可能になります。これにより、計算の効率化とデータの共有が促進され、研究の迅速化が期待されます。現在、材料研究において使用されているディープラーニングモデルは、予測の解釈や構造と材料特性の関係を理解する上で一定の限界があります。これらの課題を解決するため、我々は注意機構を組み込んだ解釈可能なDLアーキテクチャを提案し、材料特性の予測とその構造特性関係の洞察を得ることを目指しました。提案したDLアーキテクチャで導出されたモデルが、現行の最先端モデルと同等の強力な予測能力を有することが確認されました。さらに、第一原理計算に基づく比較検証により、原子の局所構造が材料構造の表現に対して注意を払う度合いが、物理特性に関する構造-特性関係を解釈する際に重要であることが示されました。これらの特性には、分子軌道エネルギーや結晶の生成エネルギーが含まれます。提案したアーキテクチャは、材料特性の予測と対応する構造内の重要な特徴の明示的な特定により、材料設計の加速に大きな可能性を示しています。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 自動計算システムAiiDA上のデータの流れを表すパラメタを一度決めるとデータベース上でパラメタを変更することができません。また，データの流れ理解を容易にするために，機能分解木の手法などを作成し，作成されたデータが将来の変更なしにまた容易に検索できるよう細部を決めるのに予想以上に手間がかかりました。
Strategy for Future Research Activity	作成された自動計算システムによりAkaiKKRプログラムを自動実行し，人の手間がなるべくかからないように予定物質系の計算実行を行う予定です。
Causes of Carryover	自動計算の調整に想定以上に時間がかかることがわかり，研究に専念するため海外での発表を行わなかった。計算機使用料を機構内予算で支払うことができた。今年度より多くの計算機資源を利用するために計算機使用料を支出する。
Remarks	開発したコードを公開したレポジトリURLを示した。