大量データ処理手法を組み合わせて新材料開発を加速
配信元:国立研究開発法人物質・材料研究機構(NIMS)・〒305-0047茨城県つくば市千現1-2-1
Tsukuba,Japan 23 February 2020
大量データ処理手法を組み合わせて新材料開発を加速
(Tsukuba,23 February 2020) 機械学習が拡大させる実験と計算の組み合わせによる材料特性予測の可能性
Title:Predicting material properties by integrating high-throughputexperiments, high-throughput ab-initio calculations, and machinelearning
引用:Scienceand Technology of Advanced Materials Vol. 21 (2020) p. 25
本誌リンクhttps://doi.org/10.1080/14686996.2019.1707111(オープンアクセス)
ハイスループットな実験(コンビナトリアル実験)と、ハイスループットな理論計算(ハイスループット第一原理計算)を機械学習と組み合わせることで材料の特性をより簡単、適切に予測することが可能となる。
最近のハイスループット実験の発達は、広い組成領域にまたがる相図内の各位置で、組成ー構造ー特性の関係をマッピングしてゆくことを可能にし、新材料開発を加速している。しかし、そのようなハイスループット実験を行うための機器は一般に高額となり、気軽に使用することは難しい。
一方、最近の第一原理計算の発達は、計算により材料の特性を予測することを可能にし、現実の実験に頼らなくても正確に材料特性を求めることができる。しかし、第一原理計算は、ある特定組成の特定の構造については正確に特性を決めることができるが、広い組成範囲の相図内のある特定の組成について計算しても正しい結果を与えることができるとは限らない。相図内の広い組成領域にわたって、構造がすべて同じとは限らず、しかも往々にして構造の異なる複数の相が共存しているからである。共存するそれぞれの相を特定し、互いの構成比を決めることで、初めて第一原理計算の適用が可能となる。
Scienceand Technology of Advanced Materialsに、日本の岩崎悠真(NEC,PRESTO)、石田真彦(NEC)、白根昌之(NEC,AIST)が共著発表した本論文Predictingmaterial properties by integrating high-throughput experiments,high-throughput ab-initio calculation, and machine learningは、ハイスループットな実験と計算を組み合わせる際に、機械学習を適用し、プロセスを合理化することで、正確で、迅速な特性予測が可能になることを示した。
著者らはFexCoyNi1-x-y三元合金系の広い組成領域で、この手法を用い、カー回転(Kerrrotation)を計算、マッピングすることを試みた。サファイア基板上に100nm厚のFe、Co、Ni三元合金薄膜を、三元相図上のそれぞれの組成に対応させて作成した。続いて、コンビナトリアルXRDにより、それぞれの組成でのXRDデータを蒐集した。三元相図のFe頂点位置近傍ではfcc構造相、またNiおよびCo近傍ではhcp構造相と単相であり、そのまま第1原理計算による特性予測が適用できる。しかし、中間組成領域では複数の相の混合物となっているため、共存する各相間の構成比を出す必要がある。このため、測定されたXRDパターンを、構成する各相のXRDパターンに分解しなくてはならない。しかし、大量にある組成毎のXRDパターン全てに通常のカーブフィッティング法を適用してパターン分解することは容易でない。そこで著者たちはこのXRDパターンの分解に機械学習を適用することで、各相間の構成比を容易に決めることができた。得られた構成比を基にして第一原理計算により、各組成でのカー回転を計算した。下図に示すように、この計算で得られたカー回転は実験結果との比較で良い一致を示した。
カー回転は、フォトニックスや半導体デバイスといった応用上でも重要な物理特性で、著者達のアプローチが実用材料の開発を加速させ得るものであることを示している。一方、著者達は、彼らのアプローチはまだ改善の余地があり、ここで用いたコンビナトリアルXRDの替わりに、計算で相図を求めるCALPHADを用いれば、今後、高額な実験装置を使用することなく、計算のみで特性予測が可能になる、としている。
【画像:https://kyodonewsprwire.jp/img/202002217143-O1-62s57A93】
図の説明:(a)ハイスループット実験で得られたFe-Co-Ni三元複合系のカー回転マッピング、(b)ハイスループット第1原理計算のみにより得られたカー回転マッピング、(c)コンビナトリアルXRD、機械学習、ハイスループット第一原理計算の組み合わせで得られたカー回転マッピング。(c)図は、(a)図をほぼ正確に再現しているが、(b)図の再現性は良くない。
論文情報
タイトル:Predictingmaterial properties by integrating high-throughput experiments,high-throughput ab-initio calculations, and machine learning
著者:YumaIwasaki*, Masahiko Ishida &Masayuki Shirane
*CentralResearch Laboratories, NEC Corporation, Tsukuba 305-8501, Japan(E-mail: iwasakiyuma@nec.com)
引用:Scienceand Technology of Advanced Materials Vol. 21 (2020) p. 25
最終版公開日:2020年1月15日
本誌リンクhttps://doi.org/10.1080/14686996.2019.1707111(オープンアクセス)
Scienceand Technology of Advanced Materials誌は、国立研究開発法人物質・材料研究機構(NIMS)とEmpaが支援するオープンアクセスジャーナルです。
前田日明氏“大物横綱襲撃計画”を実名告白「後ろからそっと行ってこうやった瞬間…」
「たまんなく可愛い」本田翼が絶対領域ミニワンピ&ニーハイ姿でダンス「透明感」肌ケア動画も
36歳金髪女性タレント「散々おもちゃに…」大物コンビにイジり倒され、ブチ切れ&爆笑「最高」
サンド伊達みきお、会社員時代「有給休暇の提出なんか…」平日4日休んでGW11連休に複雑な思い
【日本ハム】清宮幸太郎が今季初の「1番三塁」…ロッテ小島には昨季打率4割/スタメン一覧
【ソフトバンク】開幕19試合連続安打中の周東佑京、2戦連続でベンチスタート
【巨人】今季の対阪神戦連敗ストップへ、門脇誠が「8番三塁」でスタメン復帰 先発は石川達也
松平健、遊園地で初の「マツケンサンバⅡ」に「自分でも感動」 万博でのパフォーマンスにも意欲
大谷翔平は4打数無安打…4打席目はスライダー打ち上げ中飛 登場曲は真美子夫人チョイス
ドジャース、ドラフト全米2位29歳センゼルとマイナー契約 今季メキシカンリーグで驚異的成績
多部未華子(30)結婚の裏事情あまりにも恐ろしすぎると話題に!
77歳「ウルトラセブンのアンヌ隊員」76歳「仮面ライダーアマゾン」と結婚へ「地球も平和だ」
ギャル曽根、不倫されても「離婚は絶対しない」驚きの理由「考えてもみなかった方法」と夫
二階堂ふみが結婚!?お相手が衝撃的過ぎてネット民「マジか・・・」
永野芽郁と田中圭の所属事務所が不倫報道を否定「友人関係です」
松山千春、石橋貴明めぐる騒動に言及「業界の仲間でも何人かいるな。脱ぐのはいいんだけど…」
永野芽郁に「二股不倫」報道 TBSドラマ「キャスター」出演は「変更ありません」回答
武田鉄矢「金八先生」シリーズ1位の“天才生徒”を実名発表「もう群を抜いていて…」
“役満ボディー”岡田紗佳、大胆な下着ショットを公開に「セクシー」「わがままボディー」反響
62歳ボディメークトレーナー、露出度高めの写真に反響「60代だなんてホント信じられない!」
多部未華子(30)結婚の裏事情あまりにも恐ろしすぎると話題に!
二階堂ふみが結婚!?お相手が衝撃的過ぎてネット民「マジか・・・」
小澤征悦と再婚した桑子真帆アナ(34)黒い過去が流出、衝撃の過去にネット騒然
俳優の板垣瑞生さん、不慮の事故により逝去 家族がインスタで発表 今年1月末から行方不明に
孤独のグルメで旨そうだった「トマトの酢漬け」のおいしい作り方! フレッシュな旨味がキューッとくるっ
昨年引退した元AV男優しみけん「やめてよかったですか?」問いに即答「うん」その理由とは?
【おすすめアニメ50選】完結済み!定番から最新作まで!
「名探偵コナン」最大の謎、蘭姉ちゃんのあの角の正体がついに判明
42歳ブレイキングダウン選手、東京駅でケンカ売られ取った行動に「尊敬する」「真似しよ」X拍手
八代亜紀さんのヌード写真封入アルバム発売、所属事務所が「警察にも相談中」公式コメントを発表

前田日明氏“大物横綱襲撃計画”を実名告白「後ろからそっと行ってこうやった瞬間…」
「たまんなく可愛い」本田翼が絶対領域ミニワンピ&ニーハイ姿でダンス「透明感」肌ケア動画も
36歳金髪女性タレント「散々おもちゃに…」大物コンビにイジり倒され、ブチ切れ&爆笑「最高」
サンド伊達みきお、会社員時代「有給休暇の提出なんか…」平日4日休んでGW11連休に複雑な思い
【日本ハム】清宮幸太郎が今季初の「1番三塁」…ロッテ小島には昨季打率4割/スタメン一覧
【ソフトバンク】開幕19試合連続安打中の周東佑京、2戦連続でベンチスタート
【巨人】今季の対阪神戦連敗ストップへ、門脇誠が「8番三塁」でスタメン復帰 先発は石川達也
松平健、遊園地で初の「マツケンサンバⅡ」に「自分でも感動」 万博でのパフォーマンスにも意欲
大谷翔平は4打数無安打…4打席目はスライダー打ち上げ中飛 登場曲は真美子夫人チョイス
ドジャース、ドラフト全米2位29歳センゼルとマイナー契約 今季メキシカンリーグで驚異的成績