薄膜生成時の枝分かれ現象を、トポロジー・物理・AIの融合で解明〜Beyond 5Gを支える基盤技術への応用に期待〜

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2025-04-08 京都大学

京都大学の研究チームは、薄膜結晶の生成過程で生じる枝分かれ現象のメカニズムを、トポロジー、物理学、AIを融合した解析手法で解明しました。自由エネルギーと数学的構造を統合し、機械学習を活用することで、成長プロセスを詳細に分析。これにより、高品質な薄膜作製プロセスの開発が期待され、Beyond 5G時代の次世代電子デバイスへの応用が見込まれます。本研究成果は2025年3月に国際誌に掲載されました。

<関連情報>

エネルギー解析を用いた持続的相同性による樹状突起成長の構造とプロセスの関連付け Linking structure and process in dendritic growth using persistent homology with energy analysis

Misato Tone,Shunsuke Sato,Sotaro Kunii,Ippei Obayashi,Yasuaki Hiraoka,Yui Ogawai,…
Science and Technology of Advanced Materials: Methods  Published:08 Apr 2025
DOI:https://doi.org/10.1080/27660400.2025.2475735

GRAPHICAL ABSTRACT

薄膜生成時の枝分かれ現象を、トポロジー・物理・AIの融合で解明〜Beyond 5Gを支える基盤技術への応用に期待〜

ABSTRACT

We present a material analysis method that links structure and process in dendritic growth using explainable machine learning approaches. We employed persistent homology (PH) to quantitatively characterize the morphology of dendritic microstructures. By using interpretable machine learning with energy analysis, we established a robust relationship between structural features and Gibbs free energy. Through a detailed analysis of how Gibbs free energy evolves with morphological changes in dendrites, we uncovered specific conditions that influence the branching of dendritic structures. Moreover, energy gradient analysis based on morphological feature provides a deeper understanding of the branching mechanisms and offers a pathway to optimize thin-film growth processes. Integrating topology and free energy enables the optimization of a range of materials from fundamental research to practical applications.

1700応用理学一般
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