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統計数理研究所 東京大学 東京理科大学 概要 準結晶は通常の結晶のような並進対称性を持たないが、原子配列に高度な秩序がある物質群です(※1)。最初の準結晶は1984年にイスラエルの冶金学者ダニエル・シェヒトマン博士(Daniel Shechtman)によって発見されました。その後およそ35年間で約100個の熱力学的に安定な準結晶が見つかり、準結晶は新しい固体構造の概念として確立されました。しかしながら、近年は準結晶の発見のペースが著しく鈍化しています。 統計数理研究所、東京大学、東京理科大学の共同研究グループは、機械学習のアルゴリズムを駆使してこれまでに見つかった準結晶の組成パターンを読み解き、新しい準結晶の化学組成を予測できることを実証しました。さらに、機械学習のブラックボックスモデルに内在する入出力のルールを抽出することで、準結晶相の形成に関する法則を明らかにしました。この法則は五つの単純な数式で表されます。これらは、準結晶研究において長年求められてきた物質探索の設計指針になる可能性があります。 本研究成果は、2021年7月19日に国際学術誌「Advanced Materials」にオンライン掲載されました。 1. 背景 準結晶は、通常の結晶のような並進対称性はないが、原子の配列に高い秩序性がある物質です。最初の準結晶は1984年にイスラエルの冶金学者ダニエル・シェヒトマン博士(2011年にノーベル化学賞を受賞)によって発見されました。それ以降、これまでに100個ほどの安定準結晶が見つかってきました。準結晶研究の歴史の中で、新しい準結晶の発見は、電子物性の異常、絶縁体的な振る舞い、価数揺らぎ、量子臨界性、超伝導などの新しい物理現象の発見をもたらしてきました。しかしながら、近年は新しい準結晶の発見のペースは著しく低下しています(図1)。このような傾向は、新しい安定準結晶を合成するための明確な設計指針が確立されていないことが主な原因です。 2. 準結晶の組成予測 準結晶研究への機械学習の応用は、依然としてほぼ未踏領域です。機械学習は準結晶の発見に貢献できるのか。この問いに答えることが本研究の出発点でした。本研究グループは、非常に単純な機械学習のアプローチで準結晶を予測することに取り組みました(図2)。データ解析には、統計数理研究所ものづくりデータ科学研究センターの研究グループが開発しているオープンソースソフトウェアXenonPy(※2)を導入しました。モデルの入力変数は化学組成、出力変数は、"準結晶"、"近似結晶"、通常の周期結晶を含む"その他"を表すクラスラベルです。近似結晶は、準結晶と類似した局所構造を持つ準結晶の関連物質です。近似結晶は準結晶の組成の近くで形成されることが知られています。したがって、両者の安定化メカニズムはよく似ていると予想されています。学習データには、これまでに発見された準結晶、近似結晶、通常の周期結晶の化学組成を用いました。このデータで訓練したモデルの3クラス分類問題における予測能力を系統的に調べました。アルミニウムを含む三元合金系を対象に予測された準結晶相を実験相図と比較したところ、予測精度は約0.
これまでに発見されたアルミニウム合金の安定準結晶。(a)準結晶(QC)と近似結晶(AC)の発見数の年推移。(b)これまでに見つかった準結晶・近似結晶・周期結晶を含むその他(others)の組成パターンの2次元平面への可視化。 図2. 機械学習(3クラス分類問題)のワークフロー。モデルの入力変数は化学組成(S)、出力は準結晶(QC)、近似結晶(AC)、周期結晶を含むその他("Others")を表すクラスラベル 図3:三元系アルミニウム合金の予測相図と実験相図との比較。紺が準結晶で、水色が近似結晶を表す。オレンジは平均遍歴電子数のヒューム=ロザリー則e/a=1. 8を満たす直線を表す。 図4:機械学習による準結晶の形成ルールの発見。8種類の三元系に対する機械学習の予測相図(紺:準結晶、水色:近似結晶)。直線は機械学習が同定した五つのルールを表す。これらの合流点に準結晶相が現れる。
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04. 09 話題入りさせて頂くことが出来ました。つくれぽを届けて下さった皆様、本当にありがとうございました♪ 32 ☆2016. 12. 07 100人の方からつくれぽを頂くことが出来ました! MamaPRESS -ママプレス- | 「ママ」をもっと楽しみたい！輝きたい！. 本当にありがとうございました。 (*^_^*) コツ・ポイント フライパンの底から5mmの油ですが、鶏むね肉を入れていくと油が底から1cm位になり、うまく揚がりました。 味付けにしょうゆが入っているので、油で揚げる際に焦げやすくなっています。 様子を見ながら、火加減を調節してください。 このレシピの生い立ち 下宿生や新社会人などの自炊デビューの方でも、気楽に作って頂ける油5mmシリーズ第2弾! いつも作っている『鶏胸肉で安くて満足満腹!ジューシー唐揚げ』( ID:1924347)の分量を半量にして作りました。 このレシピの作者 スーパーで手軽に買える食材を使い、安くて簡単な料理を作ることが好きな主婦です。 たくさんの方が届けて下さるつくれぽのコメントに、毎日元気とやる気を頂いております。ありがとうございます。 新しい味と美味しい笑顔を求めて、これからも色々と作っていきたいと思いますので、どうぞよろしくお願いいたします♪ (*^_^*)
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