高誘電体を高精度に予測・発見するAI手法を開発 ― 分解統合型AIが切り拓く高誘電体探索 ―

2026-04-08 東北大学

東北大学の研究チームは、高誘電体材料を高精度かつ効率的に探索する新たなAI手法「分解統合型AI」を開発した。本手法は、誘電率のイオン寄与を物理法則に基づいて分解し、グラフニューラルネットワークなど複数の機械学習モデルで個別に予測した後、再統合することで従来より大幅に高精度な予測を実現する。量子力学計算に比べて計算コストを大幅に削減しつつ、世界最高水準の精度を達成した点が特徴である。さらに8,717種の酸化物を網羅的に解析し、31種類の有望な高誘電材料を新たに発見、実験値とも一致することから信頼性も確認された。本成果はAIと物理理論の融合による材料開発の加速に貢献し、Physical Review Xに掲載された。

高誘電体を高精度に予測・発見するAI手法を開発 ― 分解統合型AIが切り拓く高誘電体探索 ―
図1. (A)本研究において構築した機械学習を用いた予測手法の概略図。

<関連情報>

イオン誘電率テンソルを予測するための物理ベースの因数分解機械学習 Physics-Based Factorized Machine Learning for Predicting Ionic Dielectric Tensors

Atsushi Takigawa, Shin Kiyohara, and Yu Kumagai
Physical Review X  Published: 7 April, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/28wr-w896

Abstract

Considerable effort continues to be devoted to the exploration of next-generation high- materials that combine a high dielectric constant with a wide band gap. However, machine learning (ML)-based virtual screening has remained challenging, primarily due to the low accuracy in predicting the ionic contribution to the dielectric tensor, which dominates the dielectric performance of high- materials. We propose a joint ML model that predicts Born effective charges using an equivariant graph neural network, and phonon properties using a highly accurate pretrained ML potential. The ionic dielectric tensor is then computed analytically from these quantities. This approach significantly improves the accuracy of ionic contribution. Using the proposed model, we successfully identified 31 novel high- oxides from a screening pool of over 8000 candidates.

1603情報システム・データ工学
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