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過去の研究成果

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幾何学的深層学習の計算物理学への応用

著者|松原崇
所属|大阪大学 大学院基礎工学研究科

AIシステムに望ましい性質の多くは,幾何学的に表現可能である.そのような性質を設計段階で保証できる幾何学的深層学習が存在する.本プロジェクトでは幾何学的深層学習の計算物理学への応用を検討する.具体的には座標系と演算を適切に設計することで,力学系のエネルギー,運動量,質量などの保存や散逸といった物理法則,光学異性体にある非対称性といった性質を保証するよう幾何学的深層学習を拡張する.また座標系と演算を学習することで,系が持つ物理法則や性質を発見する.

Characterization of hot electron in shock ignition scheme

著者|Tomoyuki Idesaka1,Keisuke Shigemori2
所属|1Division of Sustainable Energy and Environmental Engineering, School of Engineering, Osaka University, 2Institute of Laser Engineering, Osaka University.

レーザー核融合の衝撃波点火方式における, 高強度レーザーの照射時に発生する高エネルギーの電子(高速電子)の特性評価を行うために, 粒子輸送モンテカルロシミュレーションコード PHITS (the Particle and Heavy Ion Transport code System)を用いて電子のシミュレーションを行った. 実験における制動放射X線の計測結果と, 各電子温度の電子のシミュレーションの結果を比較・最適化した結果, 実験条件での高速電子の特性評価を行うことができた. 今後は他の解析の結果も含めて衝撃波点火方式での点火ターゲットの設計に活用していくことが必要である.

Exploring new materials using materials informatics

著者|Shohei Kitano, Ken Saito, Daisuke Tsukio, Satoko Tanigawa
所属|Graduate School of Engineering, Osaka University.

高分子材料に関する予測モデルの構築および逆解析を目的として、OCTOPUSを利用した。高分子材料に関するin-houseの実験データを用いて、材料組成から複数の物性を予測する機械学習モデルの構築を行った。各物性ともにR2=0.8程度と精度の良い予測モデルが得られた。この予測モデルを用いて数千万通りの仮想組成について逆解析を行い、所望の物性を同時に満たす材料組成の探索を行った。その結果、複数の物性を同時に満たすような組成の可視化につながった。

ガラス系の遅いダイナミクスの分子動力学シミュレーション研究

著者|金 鋼
所属|大阪大学大学院基礎工学研究科

高分子集合体は形状や大きさによってその物性を大きく変えることが知られており、形状による物性のコントロールができるようになると期待されている。直鎖状高分子集合のダイナミクスについてはレプテーションモデルでの理解が可能であるとされている一方で、直鎖と違い末端を持たない環状の高分子がどのように運動をして構造緩和するのかは明白ではない。末端がない環状高分子は周囲の環境によって鎖ごとに様々な形状をとることが期待される。したがって鎖同士の協調的な運動が本質的になりえることに着目する。このことはガラスの遅いダイナミクスにおける動的不均一性の類推を用いた解析が有用であることを示唆しておりこれに取り組んだ。鎖長を系統的に変化させ、直鎖状および環状高分子溶融体における平均2乗変位とその非ガウス性を定量化するノンガウシアンパラメータ(NGP)を解析した。直鎖状高分子は絡み合いから抜け出して自由拡散へと至る時間領域においてNGPに強いピークが現れるのに対し、環状高分子においてはNGPが極めて抑制されていることがわかった。しかしながら、環状高分子の拡散係数は鎖長を長くしていくと直鎖状高分子と同程度の鎖長依存性を示すことから、高分子間の相互作用は強くなっていくと考えられている。このことは、環状高分子溶融体の拡散機構が、多くのガラス形成物質で支配的なパッキング効果や直鎖状高分子の絡み合い描像とは本質的に異なることを意味することがわかった。

Development of catalysts for carbon dioxide reduction

著者|Tatsuhiko Ohto
所属|Graduate School of Engineering Science, Osaka University

密度汎関数を用い、二酸化炭素吸着能を持つポリエチレングリコールで被覆したSn表面において二酸化炭素の移動経路を計算した。ポリエチレングリコールでSn表面を適度に被覆することで、反応物である二酸化炭素の供給を続けながら反応を起こす機構を明らかにした。

Gamma-Ray Dosimetry Development Using Radio-Photoluminescence Glass Dosimeter (RPLGD) in Neutron/Gamma-Ray Mixed Field for BNCT - Evaluation of the response of RPLGD in low energy region -

著者|Kotaro TOMIYOSHI
所属|Quantum Reaction Engineering, Murata Laboratory

エックス線発生装置の使用によって、低エネルギー光子に対する蛍光ガラス線量計の応答を取得することを目的に研究を行った。PHITS(Particle and Heavy Ion Transport code System)を用いて、蛍光ガラス線量計に入射するエックス線のスぺクトルを計算する際、多大な時間がかかることが予想されたため、「SQUID」を使用した(使用ノード時間 : 6009時間、使用容量 : 15.7 GB)。結果として、計算時間が、研究室で使用しているPC(i5-4440 CPU @ 3.10GHz, 実装RAM:8.00 GB)で並列計算を行った時の約1538分の1に短縮された。また計算時間の短縮のおかげで、最終的に線量計の応答を取得することができた。

分子雲コア収縮と原始星形成シミュレーション

著者|町田正博, 原田直人, 野崎信吾
所属|九州大学大学院理学研究院

3次元非理想磁気流体多層格子法を用いて星間雲から星が出来るまでの数値シミュレーションを行った。初期に星間雲が持つ回転軸を大局磁場の方向と傾けることで、大局磁場とは異なる方向に伝搬するアウトフローを再現することが出来た。この結果は、近年の星形成領域の偏光観測とよく一致しており、アウトフローの伝搬方向が磁場の方向と異なるメカニズムを説明することが出来た。

有機銅アート試薬とチオエステルの反応によるケトン合成における反応経路探索

著者|加藤大樹
所属|大阪大学大学院 基礎工学研究科

有機銅アート試薬とチオエステルの反応によるケトン合成について、チオエステルまたはエステルを基質として用いた場合に想定されるCu錯体のギブズエネルギーを計算することで、反応中間体および遷移状態構造を明らかにし、活性化エネルギー障壁をもとに官能基選択性についての知見を得た。

異種四核金属錯体における物性の予測および分子軌道計算

著者|坂本和隆
所属|大阪大学大学院 基礎工学研究科

当研究室で光誘起触媒として反応性の探索を行っている異種四核金属錯体に関して、計算化学的手法によって、紫外可視吸収スペクトルなどの物性の予測を行った。さらに、軌道計算を通して吸収スペクトルに対応する軌道を可視化することで、触媒活性との比較や最適と考えられる波長を明らかにした。

ランタンヒドリドボレート触媒による二酸化炭素のヒドロシリル化反応の反応経路解析

著者|篠原功一・川上友美・森春菜・劒隼人
所属|大阪大学大学院 基礎工学研究科

新規に開発したランタンヒドリドボレート錯体触媒による二酸化炭素のヒドロシリル化反応について、カチオン性ランタン錯体とヒドリドボレートアニオンがどのように二酸化炭素を捕捉し、どのようにヒドリド還元反応が進行しているのかを、反応経路探索および鍵中間体の1点計算により明らかにした。

チタン-アルミニウム触媒系を用いたアルケンのヒドロアミノアルキル化反応の反応機構解析

著者|井上まりこ・水上茉依・寺石怜矢・劒隼人
所属|大阪大学大学院 基礎工学研究科

当研究室で新たに開発したTi/Al触媒系によるアルケンのヒドロアミノアルキル化反応について、チタンとアルミニウムが会合した異種二核錯体がどのように反応を触媒し、位置選択性を発現しているのかを、反応経路探索により明らかにした。