10/19 第一原理計算と機械学習を用いた材料設計と応用展開

第一原理計算と機械学習を用いた材料設計と応用展開

～基礎原理から機械学習力場活用の最新動向・最新事例～

講師

名古屋大学　大学院工学研究科　材料デザイン工学専攻　計算材料設計講座　准教授　博士（工学）　大戸 達彦　氏

■略歴
2013/3 東京大学大学院工学系研究科　化学システム工学専攻にて博士（工学）取得
2013/4-2013/5 学振特別研究員PD(産総研)
2013/6-2023/2 大阪大学大学院基礎工学研究科　助教
2023/3- 現職

学位取得後から現在に至るまで、第一原理計算を用いた表面/界面現象の解明と材料設計に従事

■専門
第一原理計算/分子動力学計算/機械学習

セミナー趣旨

最近、機械学習を援用することで第一原理計算を活用した物質設計の可能性が大きく広がっている。物質に関する経験的な知識から出発するシミュレーションは、適用範囲に限界があるが、第一原理計算は対象を選ばないものの計算コストが高いことが問題であった。機械学習を活用すると、その計算コストの問題を克服できる可能性が高まる。
　本セミナーでは、第一原理計算と機械学習力場の基礎を解説し、講演者の研究事例を中心に、理論計算を用いて材料設計にどのようにアプローチできるかを解説する。具体的な事例としては、多種の元素を含む水分解触媒の探索・設計と、既存の古典力場の適用が難しい複雑な固液界面における分子動力学法の活用について紹介する。

セミナー講演内容

1．第一原理計算の基礎と触媒性能評価への活用
　1-1．密度汎関数法の基礎
　1-2．なぜ第一原理計算が有用か
　1-3．触媒活性評価のための第一原理計算

2．分子動力学法の基礎と現状
　2-1．全原子分子動力学シミュレーション
　2-2．古典分子動力学法と第一原理分子動力学法
　2-3．分子動力学計算の活用事例

3．機械学習力場の基礎
　3-1．機械学習力場の必要性
　3-2．カーネル回帰型
　3-3．ニューラルネットワーク型
　3-4．汎用機械学習力場と、よく用いられる機械学習力場の概況

4．触媒性能評価への活用事例
　4-1．固体高分子型水電解
　4-2．水電解の仕組みと触媒の学術研究動向
　4-3．卑金属電極触媒の開発戦略
　4-4．高エントロピー合金触媒の作製と評価
　4-5．9元合金の機械学習力場の構築
　4-6．機械学習力場を援用した触媒活性評価

5. 複雑系の分子動力学計算への活用事例
　5-1．第一原理的手法の必要性と限界
　5-2．コンカレントラーニング法
　5-3．固液界面への機械学習分子動力学法の活用

質疑応答