国際的で大規模な第一原理計算・熱伝導データベースを構築 ―高精度データとAIを活用した熱機能材料探索に期待―

2026-04-13 東京大学

東京大学の塩見淳一郎教授らの国際共同研究チームは、第一原理計算を自動化するソフト「auto-kappa」と、6,800種以上の無機材料のフォノン物性や熱伝導率を収録した大規模データベース「Phonix」を構築した。さらにグラフニューラルネットワークを用いたAIモデルにより、データ量の増加に伴い予測精度が指数関数的に向上するスケーリング則を発見。約38万の結晶構造探索から高・低熱伝導材料候補の効率的抽出を実証した。従来困難だった非調和フォノン特性の体系的データ化により、放熱材料や熱電材料などの開発を加速するAI for Science基盤として期待される。

国際的で大規模な第一原理計算・熱伝導データベースを構築 ―高精度データとAIを活用した熱機能材料探索に期待―
国際的で大規模な熱伝導データベースを用いた材料探索

<関連情報>

自動化された総当たり第一原理計算による非調和フォノン特性のデータベースおよび深層学習のスケーラビリティ Database and deep-learning scalability of anharmonic phonon properties by automated brute-force first-principles calculations

Masato Ohnishi,Tianqi Deng,Pol Torres,Zhihao Xu,Terumasa Tadano,Haoming Zhang,Wei Nong,Masatoshi Hanai,Zeyu Wang,Michimasa Morita,Zhiting Tian,Ming Hu,Xiulin Ruan,Ryo Yoshida,Toyotaro Suzumura,Lucas Lindsay,Alan J. H. McGaughey,Tengfei Luo,Kedar Hippalgaonkar & Junichiro Shiomi
npj Computational Materials  Published:13 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41524-026-02033-w

Abstract

Understanding the anharmonic phonon properties of crystal compounds—such as phonon lifetimes and thermal conductivities—is essential for investigating and optimizing their thermal transport behaviors. These properties also impact optical, electronic, and magnetic characteristics through interactions between phonons and other quasiparticles and fields. In this study, we develop an automated first-principles workflow to calculate anharmonic phonon properties and build a comprehensive database encompassing more than 6500 inorganic compounds. Utilizing this dataset, we train a graph neural network model to predict thermal conductivity values and spectra from structural parameters, demonstrating a scaling law in which prediction accuracy improves with increasing training data size. High-throughput screening with the model enables the identification of materials exhibiting extreme thermal conductivities—both high and low. The resulting database offers valuable insights into the anharmonic behavior of phonons, thereby accelerating the design and development of advanced functional materials.

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