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。
マドンナ、「性的すぎる」と観客に訴えられる 世界ツアー「セレブレーション」の演出に不快感
相川七瀬、サッカー鹿島戦観戦 まさかの人とのツーショット写真にネット騒然「交友関係が広い」
藤原紀香、終活について自身の考え述べる「誰もが来るその終わりまで人生をより輝かせること」
「本当に40歳ですか?」島袋寛子へそ出しショットに反響続々「10~20代に見えます」
鈴木誠也 4打数1安打で10戦連続安打も3三振 カブスは敗れる
「ミス東大2020」神谷明采、さんま御殿であの超大物アーティストと共演「握手しちゃった」
元カリスマホスト、営業再開した父の中華料理店が大盛況に感謝「愛されすぎております」
長谷川理恵、12年目の結婚記念日「二人ともすっかり抜けていた」と告白
31歳元モー娘。女優が母の還暦祝いに箱根旅行へ「今度は北海道に連れてってあげたいなぁ」
ロバーツ監督が笑顔 大谷翔平と真美子夫人から誕生日プレゼントでもらったものは…
柏原崇(45)現在を調べてみた結果、相変わらずかっこよすぎた!
何があった!?「エアコン」が想定外の壊れ具合!投稿者に話を聞いた
玉置浩二の妻、青田典子(53)の現在がとんでもない事になっていると話題に
浜崎あゆみ、子供の写真公開に疑いの声止まず「よそのお宅の子供?」
大谷翔平被弾投手が悪態ついて退場処分!次打者フリーマンと対戦中に判定巡り塁審と口論
YouTuberジュキヤの動画企画が大炎上「普通に痴漢」「気持ち悪すぎ」
千原せいじのシエラレオネ巡る発言 NPO代表理事が公式謝罪忠告「最悪、国家間の問題に発展」
ユーチューバーもこう氏、元彼女・成海瑠奈について赤裸々告白
大谷翔平10試合ぶり14号 シティフィールド初アーチ、26球場目は自らの日本人記録更新
大谷に被弾→次打者判定で審判と口論→退場→「チーム、自分も最悪」→戦力外
何があった!?「エアコン」が想定外の壊れ具合!投稿者に話を聞いた
柏原崇(45)現在を調べてみた結果、相変わらずかっこよすぎた!
玉置浩二の妻、青田典子(53)の現在がとんでもない事になっていると話題に
ユーチューバーもこう氏、元彼女・成海瑠奈について赤裸々告白
元めちゃイケメンバーの三中元克(32)現在は何をしているのか調べてみた!
TikTokを賑わす「フエラムネごめんなサイダー味」がセブンイレブンで再販!じゅるるマスカットも買うなら今!
小倉優子、不自然な“二重ライン”にネット騒然「やっぱり整形?」
ガーシーが綾野剛のLINE公開でネット騒然「ショック」「すごいエンタメ」
岡本夏生(56)、1600日ぶりにブログを更新した現在が衝撃
大原櫻子、ガーシー暴露後初のSNS投稿に賛否の声「イメージ最悪になった」
マドンナ、「性的すぎる」と観客に訴えられる 世界ツアー「セレブレーション」の演出に不快感
相川七瀬、サッカー鹿島戦観戦 まさかの人とのツーショット写真にネット騒然「交友関係が広い」
「本当に40歳ですか?」島袋寛子へそ出しショットに反響続々「10~20代に見えます」
藤原紀香、終活について自身の考え述べる「誰もが来るその終わりまで人生をより輝かせること」
鈴木誠也 4打数1安打で10戦連続安打も3三振 カブスは敗れる
「ミス東大2020」神谷明采、さんま御殿であの超大物アーティストと共演「握手しちゃった」
元カリスマホスト、営業再開した父の中華料理店が大盛況に感謝「愛されすぎております」
長谷川理恵、12年目の結婚記念日「二人ともすっかり抜けていた」と告白
ロバーツ監督が笑顔 大谷翔平と真美子夫人から誕生日プレゼントでもらったものは…
31歳元モー娘。女優が母の還暦祝いに箱根旅行へ「今度は北海道に連れてってあげたいなぁ」