第一原理計算の回帰に基づいた原子間ポテンシャルによるＨＣＰ金属塑性変形機構の解析

基于第一性原理计算回归的原子间势分析HCP金属塑性变形机理

• 批准号: 15J07315
• 负责人: 高橋 亮
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J07315/
• 关键词: 原子間ポテンシャル; 機械学習; マテリアルズインフォマティクス; 第一原理計算

計画当初は，HCP金属においてニューラルネットワークポテンシャル(NNP)によって塑性変形に適した原子間ポテンシャルを構築する予定であったが，初年度にポテンシャル構築の枠組みの改善の必要があると考えた．そこで研究室で提案された線形回帰ポテンシャルを用いることとし，更に記述子と呼ばれる結晶構造の特徴量ベクトルを改良し多体間相互作用を効率的に採り入れるポテンシャル構築の枠組みを開発し，ポテンシャルの精度を向上させることに成功した．この手法により，典型元素の物性値予測の精度が向上したが，研究途中，特にTi等の不飽和なd電子を持つ元素などで，物性値予測の精度が未だ不十分であることが分かった．当該年度の研究において，3体間の結合角度に依存した相互作用を採り入れることによって，昨年度提案した原子間ポテンシャル構築の枠組みを更に拡張した．また，提案した手法に基づいて，31種類の多様な元素についてポテンシャルを構築し，構築したポテンシャルによって弾性定数などの実用のシミュレーションで重要と考えられる物性値の予測を行い，予測結果を既存の原子間ポテンシャルによる予測と比較した．その結果，本研究により構築された原子間ポテンシャルは既存の物理学的考察に基づいた原子間ポテンシャルや昨年度までの枠組みで構築した線形回帰ポテンシャルに比べて，特に不飽和なd電子を持つ遷移金属で物性値予測が大幅に改善していることを示し，提案手法の有用性を確認した．この結果は，昨年度に提案したポテンシャル構築の枠組みと合わせ，当初に存在していた原子間ポテンシャル構築の枠組みの適用範囲・精度を非常に大きく改善するものである．

最初，计划是使用神经网络势（NNP）构建适合 HCP 金属塑性变形的原子间势，但在第一年，决定需要改进构建势的框架。因此，我们决定使用我们实验室提出的线性回归势，并进一步改进了称为描述符的晶体结构的特征向量，并开发了有效结合多体相互作用的势构建框架，从而提高了势的准确性。成功改善了。该方法提高了典型元素物理性质预测的准确性，但在研究过程中发现物理性质预测的准确性仍然不足，特别是对于Ti等具有不饱和d电子的元素．在今年的研究中，我们通过纳入取决于三个物体之间键角的相互作用，进一步扩展了去年提出的构建原子间势的框架。此外，基于所提出的方法，我们构建了31种各种元素的势，使用构建的势来预测实际模拟中认为重要的物理属性值，例如弹性常数，并将预测结果应用于现有的原子将结果与基于间势的预测进行比较。因此，与基于现有物理考虑的原子间势和使用去年的框架构建的线性回归势相比，本研究构建的原子间势对于具有不饱和d电子的过渡金属特别有效，表明预测。物理性能的显着改善，证实了所提出方法的有用性。这一结果与去年提出的势能构建框架一起，极大地提高了原有原子间势能构建框架的范围和准确性。

项目成果

第一原理計算の線形回帰による原子間ポテンシャル構築：多体間相互作用の寄与

通过第一原理计算的线性回归构建原子间势：多体相互作用的贡献

• 发表时间: 2015
• 作者: 尹 盛煜;青木 祥宏;藤井 英俊;高橋亮，世古敦人，田中功
• 通讯作者: 高橋亮，世古敦人，田中功

単体金属における原子間ポテンシャルの線形表現

简单金属中原子间势的线性表达

• 发表时间: 2016
• 作者: Kyohei Fujita;Zhonggang Feng;Daisuke Sato;Takao Nakamura;Tadashi Kosawada;Yasuyuki Shiraishi;Mitsuo Umezu;高橋亮，世古敦人，田中功
• 通讯作者: 高橋亮，世古敦人，田中功

First-principles interatomic potentials for ten elemental metals via compressed sensing

• DOI: 10.1103/physrevb.92.054113
• 发表时间: 2015-05
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Atsuto Seko;Akira Takahashi;I. Tanaka

Many-body interaction of linear ridge potential energy surface

线性脊势能面的多体相互作用

• 发表时间: 2015
• 作者: A.Takahashi;A.Seko;I.Tanaka
• 通讯作者: I.Tanaka

Numerical Representation of Crystal Structure for Constructing Interatomic Potential with Machine Learning Technique

用机器学习技术构建原子间势的晶体结构的数值表示

• 发表时间: 2016
• 作者: Akira Takahashi;Atsuto Seko;Isao Tanaka
• 通讯作者: Isao Tanaka