AIモデリングによる先端材料開発を加速 (New AI Modeling Approach Accelerates the Development of Advanced Materials)

2026-08-03 ローレンス・バークレー国立研究所(LBNL)

米国ローレンス・バークレー国立研究所(Lawrence Berkeley National Laboratory:LBNL)の研究チームは、先端材料の開発を加速する新たなAIモデリング手法を開発した。新手法は、機械学習と第一原理計算などの材料シミュレーションを組み合わせることで、材料の原子構造と物性の関係を高精度かつ高速に予測できる。従来は有望な材料候補の探索に膨大な計算資源と時間を要したが、本手法では少ない計算コストで広範な候補材料を効率的に評価し、実験で検証すべき材料を迅速に絞り込める。さらに、AIモデルは未知の材料系にも適用可能で、高い予測性能と汎化能力を備えていることを示した。これにより、電池材料、触媒、半導体、量子材料など多様な機能性材料の設計期間を大幅に短縮し、材料開発の効率化とイノベーション創出に貢献することが期待される。本成果は、AIを活用したマテリアルズ・インフォマティクスをさらに発展させ、次世代エネルギー技術やエレクトロニクス分野における新材料創製を加速する重要な基盤技術となる。

<関連情報>

イオン相関は、拡散律速固体合成反応における速度論的選択性を説明する Ion correlations explain kinetic selectivity in diffusion-limited solid-state synthesis reactions

Vir Karan,Max C. Gallant,Yuxing Fei,Gerbrand Ceder &Kristin A. Persson
Nature Materials  Published:28 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41563-026-02596-5

AIモデリングによる先端材料開発を加速 (New AI Modeling Approach Accelerates the Development of Advanced Materials)

Abstract

Establishing viable solid-state synthesis pathways for novel inorganic materials remains a major challenge in materials science. Previous pathway design methods using pairwise reaction approaches have navigated the thermodynamic landscape with first-principles data but lack kinetic information, limiting their effectiveness. This gap leads to suboptimal precursor selection and predictions, especially for reactions forming competing phases with similar formation energies, where ion diffusion is a critical influence. Here we demonstrate an inorganic synthesis framework by incorporating machine learning-derived transport properties through ‘liquid-like’ product layers into a thermodynamic cellular reaction model. In the Ba–Ti–O system, known for its competitive polymorphism, we obtain accurate predictions of phase formation with varying BaO:TiO2 ratios as a function of time and temperature. We find that diffusion–thermodynamics interplay governs phase compositions, with cross-ion transport coefficients critical for predicting diffusion-limited selectivity. This work bridges length scales and timescales by integrating solid-state reaction kinetics with first-principles thermodynamics and spatial reactivity.

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