新規結晶の大規模探索に基づく革新的機能材料の開発

Development of innovative functional materials based on large-scale search for new crystals
JST-CREST 実験と理論・計算・データ科学を融合した材料開発の革新(研究総括:細野秀雄)2019年度採択課題
研究代表者:桂 ゆかり(東京大学)
研究期間:2019年10月〜2025年3月(予定)

This work was supported by Japan Science and Technology Agency (JST) CREST grant number JPMJCR19J1, Japan.
本研究は科学技術振興機構(JST) CREST JPMJCR19J1の支援を受けたものである。

Panel 1

News

Panel 2

Concepts

We change the experimental searches for new inorganic materials more efficient and innovative, with the power of data science. From mathematics and machine learning, we develop an original simulator like a 3D puzzle, which assists us to design periodic crystal structures. Large-scale experimental searches for new compounds are carried out by Na-flux method and proton-driven ion implantation. Out of the newly-investigated compounds, we select the candidate functional materials such as thermoelectric materials, by first-principles calculations and machine learning of literature data. We will then design the best electrodes for the material, to fabricate an application device made of the new material.

データ科学で、新規無機材料の実験的探索を効率的かつ創造的な研究へと変革します。数学と機械学習により、3次元パズルのように周期的結晶構造を設計できる独自のシミュレータを開発します。Naフラックス法とプロトン駆動イオン交換法によって、大規模な新物質探索実験を行います。第一原理計算と論文データの機械学習によって熱電材料などの機能材料の候補を選定し、最適な電極を設計することで応用デバイスを開発します。

Panel 3

Research themes

Research Background

New crystal structures

新物質探索 〜新規結晶構造

Materials informatics

composition
prediction

新物質候補組成の予測
Katsura group

Structural
simulation

結晶構造シミュレータの開発
Katsura & Akiyama groups

informatics of experimental data

実験データのインフォマティクス

published data

論文上の実験データ
Katsura group

local data

実験室で生まれたデータ
Katsura group

experimental searches for new crystals

crystal growth by
Na-flux method

Naフラックス法
Morito group

Proton-driven ion introduction

プロトン駆動イオン交換法
Fujioka group

Device applications

新物質の実用デバイス化
Sugahara group

Panel 4

Members

「面白い研究をしている若手研究者を集めたら何か面白いことができるんじゃないか」というコンセプトのもと、2018年に菅原の呼びかけによって始まった研究グループです。活動を続けながら、各メンバーが各自のスキルを活かし、伸び伸びと研究できるテーマは何かと考えた結果、「システマティックな新物質探索」という研究テーマに行き着きました。そして、桂の提案した研究計画に基づき、2019年度のCREST研究課題に採択され、2019年10月より、5.5年間の研究計画で本格的な研究活動がスタートしました。

メンバーは全国各地に散らばっておりますが、LINEやSlackなどのSNSを通じて毎日コミュニケーションを取りながら、楽しく研究をしています。同世代の5人の研究者で、ほぼ対等な立場で協力して研究を進めており、その相乗効果によって日々新しい研究の芽が生まれています。

MAIN MEMBERS

Project LEADER

研究代表者

桂 ゆかり

KATSURA, Yukari, PhD.

(国研)物質・材料研究機構 統合型材料開発・情報基盤部門 材料データプラットフォームセンター 主任研究員
Senior Researcher, Materials Data Platform Center, Materials Database Group, Research and Services Division of Materials Data and Integrated System, National Institute for Materials Science, Japan.

東京大学 大学院 新領域創成科学研究科 物質系専攻 助教
Assistant Professor, Department of Advanced Materials Science, Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo

新物質探索実験と第一原理計算による新規熱電材料探索の研究歴を持ち、現在はStarrydataプロジェクトのリーダーとして実験値MIの普及に取り組んでいる。新物質探索実験をシステマティックな研究に変革したいという考えのもと、本研究プロジェクトの企画・立案を行った。


GROUP LEADERS

主たる共同研究者

秋山 正和

AKIYAMA, Masakazu, Ph.D.

明治大学 先端数理科学インスティテュート 特任准教授
Special Associate Professor, Meiji Institute for Advanced Study of Mathematical Sciences, Meiji University, Japan

生命の発生メカニズムから巨大ルービックキューブの解法まで、3次元空間におけるモデリングを専門とする応用数学の研究者。3次元ドロネー分割技術の改良に取り組んでおり、OpenGLを用いたマルチプラットフォーム3Dソフトウェアの開発技術を有する。

森戸 春彦

MORITO, Haruhiko Ph.D.

東北大学 金属材料研究所 准教授
Associate Professor, Institute for Materials Research, Tohoku University, Japan

Naフラックス法などの高揮発性・高反応性金属を用いた物質合成技術を操れる希少な研究者。多数のナノフレームワーク化合物を発見しており、単結晶X線構造解析から精度良く結晶構造を決定する技術を持つ。

藤岡 正弥

FUJIOKA, Masaya Ph.D.

北海道大学 電子科学研究所 助教
Assistant Professor, Research Institute for Electronic Science, Hokkaido University

プロトン駆動イオン導入法の開発者であり、本技術の世界的先駆者である。既存ナノフレームワーク化合物や層状化合物のカチオン交換によって、多数の新規化合物の合成に成功している。

菅原 徹

SUGAHARA, Tohru Ph.D.

大阪大学 産業技術研究所 准教授
Associate Professor, The Institute of Scientific and Industrial Research, Osaka University, Japan

熱電材料など特殊化合物において高温まで安定な接合を形成する技術を持つ。フレキシブルな熱電変換デバイスやガスセンサーデバイスの開発に取り組む。企業との連携が強く、産業界から材料科学に求められる要件について幅広い知見を持つ。

GROUP summary

  1. Katsura group (The University of Tokyo)
    Data sciences for materials informatics of experimental data
  2. Akiyama group (Meiji University)
    Three dimensional mathematics for crystal structure modelling
  3. Morito group (Tohoku University)
    High-throughput synthesis of new compounds by Na-flux method
  4. Fujioka group (Hokkaido University)
    Ion substitution by proton-driven ion introduction
  5. Sugahara group (Osaka University)
    Fabrication of new devices
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