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NIMS Awardシンポジウム2026

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研究内容

Keywords

マテリアルズインフォマティクス,第一原理計算,機械学習,材料設計,物質探索,無機機能材料

データ科学(マテリアルズ・インフォマティクス)と第一原理計算を融合した、無機機能材料の汎用的な設計・探索手法の開発。特定の材料群に依存せず、機械学習による高効率な物性予測と、量子力学に基づく構造・熱力学的安定性評価を効果的に組み合わせることで、多様な機能材料の開発プロセスを横断的に効率化し、新物質の迅速な発見を可能にする基盤技術の研究を行っています。

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

口頭発表
    その他の文献

      所属学会

      応用物理学会, 日本セラミックス協会

      マテリアル基盤研究センター
      タイトル

      マテリアルズ・インフォマティクスと第一原理計算による新規無機材料の探索・設計手法の開発

      キーワード

      マテリアルズインフォマティクス,第一原理計算,機械学習,材料設計,物質探索,無機機能材料

      概要

      データ科学を応用した「マテリアルズ・インフォマティクス (MI)」と、量子力学に基づく「第一原理計算」を融合し、多様な無機機能材料に広く適用できる材料設計・探索手法の開発に取り組んでいます。本研究では、材料特性を予測する実用的な機械学習スキームを構築し、データベースを活用して有望な候補材料を効率的にスクリーニングします。さらに、第一原理計算によって候補材料の物性や結晶構造の安定性を高精度に検証します。この一連のMIプロセスを確立し、実験研究者との共同研究を通じて検証実験を重ねることで、新材料の発見と開発プロセスの効率化を目指しています。

      新規性・独創性

      本研究の独創性は、無機機能材料の多様な特性に対応する実用的な特徴量設計のもと、機械学習予測と第一原理計算を効果的に組み合わせた汎用的な探索スキームを確立している点にあります。特定のターゲット材料に依存せず広く適用できる手法を開発し、理論的な予測設計から実験による実証までを一気通貫でつなぐ共同研究体制を構築することで、新材料の効率的な創出を実現しています。

      内容

      image
      2価のEuイオンを発光中心とする蛍光体は、ホスト材料の違いによって多様な発光色を示すため、従来の手法で狙い通りの発光色を持つ物質をピンポイントで発見することは困難でした。本研究では、開発した無機機能材料向け探索手法の実証例として、この蛍光体開発にマテリアルズ・インフォマティクスを適用しました。まず、既知の蛍光体データベースを活用し、発光スペクトルの予測モデルを含む機械学習スキームを構築しました。このスキームを用いて、無機材料データベース内の膨大なホスト材料候補から、緑色発光が期待される材料を効率的にスクリーニングしました。抽出した候補材料を実験研究者に提案し、実際に合成・評価を行った結果、予測された通りの緑色発光を示す複数の新規蛍光体の開発に成功しました。これにより、本研究で構築した材料探索手法の汎用性と実用性を実証することができました。

      まとめ

      本研究により、機械学習を活用したスクリーニングが、新規材料の探索において極めて有効であることを実証しました。今回は蛍光体の発光色という単一の物性を対象としましたが、実用材料の開発においては、材料の熱力学的安定性や合成の容易性など、複数の要件を同時に満たす必要があります。今後は、第一原理計算による高精度な物性・安定性評価と機械学習を効果的に組み合わせることで、複数の特性を同時に考慮した材料設計・探索手法の構築へと展開していきます。さらに、この汎用的な手法を他の様々な無機機能材料へと横断的に応用し、新材料の開発プロセスの効率化を目指します。
      この機能は所内限定です。
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