東北大学と富士通、「NanoTerasu(ナノテラス)」の測定データに因果発見AIを適用し、超伝導発現メカニズム解明に繋がる因果関係を自動抽出~地球環境問題を解決する新規機能性材料の研究開発を加速~

2025-12-23 東北大学

東北大学と富士通は、3GeV高輝度放射光施設「NanoTerasu(ナノテラス)」で得られた測定データに因果発見AIを適用し、カゴメ格子超伝導材料における超伝導発現メカニズム解明につながる新たな因果関係を自動抽出することに成功した。富士通のAIプラットフォーム「Fujitsu Kozuchi」の因果発見技術を基盤に、信頼性の高い因果関係を網羅的かつ簡潔に推定できる発見知能技術を新たに開発し、東北大学材料科学高等研究所(WPI-AIMR)と連携して角度分解光電子分光法(ARPES)の実測データへ適用した。その結果、従来は人手での解析が中心だった物性研究において、超伝導発現に関与する重要な因果構造を自動的に導出できることを実証した。本技術は、超伝導材料に限らず、環境・エネルギー、電子デバイス、創薬・医療など幅広い材料研究に応用可能であり、計測データに基づく研究開発の加速と科学研究プロセスの自動化に大きく貢献すると期待される。

東北大学と富士通、「NanoTerasu(ナノテラス)」の測定データに因果発見AIを適用し、超伝導発現メカニズム解明に繋がる因果関係を自動抽出~地球環境問題を解決する新規機能性材料の研究開発を加速~

図1: ARPES測定からの因果発見

<関連情報>

分光法から因果関係を抽出する Extracting causality from spectroscopy

K. Fujita,K. Nakayama,Y. Fujiki,T. Kato,H. Suito,H. Higuchi & T. Sato
Scientific Reports  Published:22 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41598-025-29687-8

Abstract

Causality represents a directed relationship where one state, designated as a cause, directly produces or partially influences another state, an effect. Identifying causality in observations of physical phenomena is a core challenge in science, as it reveals the fundamental laws governing these observations. However, extracting causal relationships from complex data remains difficult. While recent advances in machine learning offer promising avenues, a definitive guiding principle for its application for causal inference has yet to emerge. Here, we propose a protocol to analyze spectroscopy data using DirectLiNGAM, one of statistical causal inferences for learning a Linear Non-Gaussian Acyclic Model. We applied this approach to spatially resolved core-level photoemission spectroscopy measurements of the kagome superconductor CsV₃Sb₅. Our analysis uncovered intriguing causal relationships among Cs surface coverage, core-level intensity/position, and the spectral background. These findings provide an explanation for the polar surface formation in CsV₃Sb₅ and, furthermore, reveal an unexpected causal link in the intensity of spin-orbit satellite peaks. These results highlight the potential of our method to reveal new physical laws that would be difficult to identify using conventional data analysis techniques.

0703金属材料
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