磁性材料のエネルギー損失に潜む「熱ゆらぎ」を説明可能AIで解明 ~エントロピーの効果を世界初で可視化、新材料の設計指針を提示~

2026-04-21 東京理科大学,筑波大学,岡山大学,京都大学

東京理科大学、筑波大学、岡山大学、京都大学の研究チームは、説明可能AIにエントロピー項を導入した「拡張型自由エネルギーモデル」を開発し、磁性材料のエネルギー損失に関与する熱ゆらぎの仕組みを初めて定量的に解明した。磁区構造の顕微鏡画像とトポロジー解析を統合し、温度上昇に伴う磁区の複雑化とエントロピー増大が損失増加に直結することを示した。さらに、エントロピー増大の起源となる局所構造を画像上に可視化することにも成功した。本成果はEVモーターなどの鉄損低減に向けた材料設計指針を提供し、AIによる新たな材料発見手法として期待される。

磁性材料のエネルギー損失に潜む「熱ゆらぎ」を説明可能AIで解明 ~エントロピーの効果を世界初で可視化、新材料の設計指針を提示~

<関連情報>

エントロピー特性を追加することでランダウ自由エネルギーモデルを拡張し、複雑な迷路状磁気ドメイン構造を説明可能な形で解析する Explainable analysis of the complex maze magnetic domain structure through extension of the Landau free energy model by adding an entropy feature

K. Masuzawa,A. L. Foggiatto,S. Kunii,R. Nagaoka,M. Taniwaki,T. Yamazaki,C. Mitsumata,I. Obayashi,Y. Hiraoka & M. Kotsugi
Scientific Reports  Published:11 February 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41598-026-39617-x

Abstract

Maze magnetic domains exhibit complex, temperature-dependent behavior that impacts energy loss in soft magnets, yet their magnetization reversal mechanisms remain poorly understood due to current model limitations. To address this gap, we develop an entropy-extended Landau free energy model that incorporates thermal effects into the analysis of magnetic domain. We employ a data-driven pipeline combining persistent homology, energy decomposition, and principal component analysis to construct an interpretable model that quantifies structure–property relationships and enables causal analysis of magnetic pattern formation. Using this approach, we trace entropy increases to their origins in initial domain configurations and quantify energy transfer among entropic, demagnetization, and exchange contributions. We also find that domain wall lengthening tracks increasing structural complexity, yielding previously inaccessible insights into magnetization reversal mechanism and enabling automated visualization. Our entropy-augmented model provides an explainable framework to decipher magnetization processes and guide the design of magnetic materials to reduce energy loss.

1701物理及び化学
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