Mizoguchi Teruyasu 교수, 도쿄 대학, Kiyohara Shin (연구 당시) 및 Advanced Industrial Science and Technology 연구원 인 Tsubaki Masafumi의 대학원생, IS에볼루션 바카라 상태인공 지능을 사용하여 (주 1)에 나열된 전자 구조를 예측하는 새로운 방법을 개발했습니다

반도체 설계, 배터리 개발 및 촉매 분석과 같은 재료 개발 분야에서 재료 구조를 조사 할 수 있습니다스펙트럼(주 2)는 매일 측정됩니다 예를 들어, 재료의 원자 배열 및 전자 구조는 X- 선 또는 전자 빔으로 조사하여 재료의 전자를 자극하고 에볼루션 바카라 상태에 따라 측정 된 스펙트럼을 분석하여 검사합니다 그러나, 측정 된 스펙트럼의 의미를 이해하기 위해, 에볼루션 바카라 상태는 컴퓨터를 사용하여 재현되고 스펙트럼을 찾는다이론적 계산(주 3) 그렇게해야했고, 대규모 복잡한 계산에는 엄청난 시간이 걸렸습니다 또한, 에볼루션 바카라 상태를 사용하는 스펙트럼은 환경 물질 및 혈액 진단을 식별하는 등 다양한 분야에서 사용됩니다 그 중요성과는 달리, 흥분된 상태는 복잡하고 잘 이해되지 않았습니다

따라서이 연구 그룹은 고속 및 높은 정확도로 에볼루션 바카라 상태를 예측하는 방법을 개발하는 것을 목표로하며 산화 실리콘을 사용하여 시작합니다결정 및 비정질(주 4)에서 약 1,200 개의 에볼루션 바카라 및지면 상태 스펙트럼을 계산하여 데이터베이스로 변환했습니다 다음으로,이 데이터를 기반으로, 흥분 이전 (지상 상태(주 1)) 및 에볼루션 바카라 후의 관계 (에볼루션 바카라 상태)는 다음과 같습니다신경망(주 5)에서 배웠습니다 결과적으로, 우리는지면 상태 정보가 입력 될 때 높은 정확도로 에볼루션 바카라 상태 정보를 출력하는 인공 지능을 성공적으로 구성했습니다

이 방법은 이제 이론적 계산을 인공 지능으로 대체함으로써 시간이 걸리는 스펙트럼의 이론적 계산 속도를 크게 높일 수있었습니다 또한이 연구를 통해 우리는 흥분된 상태에 대한 중요한 통찰력을 얻을 수있었습니다 예를 들어, 우리는 산화 실리콘의 에볼루션 바카라 상태가 산화 마그네슘 및 산화 알루미늄과 같은 산화물과 유사하며, "결정"및 "비정질"의 에볼루션 바카라 상태가 다르다는 것을 발견했다 이러한 발견은 인공 지능 기술의 사용을 통해 처음 공개되었습니다

이 기술은 에볼루션 바카라 상태를 포함하는 스펙트럼에 사용할 수 있습니다 이 방법을 활용함으로써 물질, 환경 재료 조사 및 의료 진단의 구조적 분석에 필요한 시간은 크게 줄어들 수 있으며 의료 기술 개발뿐만 아니라 재료 과학 및 환경 문제에 크게 기여할 것으로 예상됩니다

이 연구 결과는 2020 년 6 월 3 일 영국 Nature Publishing Group (영국의 주간)에 의해 발표되었습니다NPJ 컴퓨터 재료"

<연구 배경>

세계의 재료는 지상 상태로 존재하며, 외부에서 에너지 나 빛이 주어지지 않는 한 안정적입니다 반면에, 에너지는 재료에 공급되어 안정적인 상태에서 흥분된 흥분된 상태를 만듭니다

에볼루션 바카라 상태는 LED 및 화학 반응과 같은 일상 생활에서 일반적으로 사용됩니다 예를 들어, X- 선 또는 전자 빔으로 재료를 조사함으로써 에볼루션 바카라 상태를 만들 수 있습니다 이 시점에서 얻은 스펙트럼에는 물질의 구조 및 결합과 관련된 정보가 포함되며, 에볼루션 바카라 상태를 포함하는 스펙트럼은 재료 개발 사이트에서 자주 측정됩니다 예를 들어, 전자 현미경 또는 엑스레이 사용내부 쉘 전자 에볼루션 바카라 분광법(주 6)는 높은 공간 및 시간적 해상도를 갖는 원자 배열 및 전자 구조를 연구 할 수 있으며 반도체 설계, 배터리 개발 및 촉매 분석에 널리 사용되었습니다 또한, 에볼루션 바카라 상태를 사용하는 스펙트럼은 환경 물질 및 혈액 진단을 식별하는 등 다양한 분야에서 사용됩니다

측정 된 스펙트럼은 전자가 흥분한 순간 상태를 반영합니다 상기 언급 된 내부 쉘 전자 에볼루션 바카라 분광법을 사용하여 스펙트럼을 측정 할 때, 에볼루션 바카라 상태가 존재할 수있는 수명은 펨토초 (10^-15sec) 주문의 정확한 순간입니다 그 순간, 재료의 전자 구조는 극적으로 변했습니다 (Note 7), 에볼루션 바카라 상태를 반영하는 스펙트럼을 이해하려면 에볼루션 바카라 상태의 이론적 계산에 컴퓨터를 사용해야합니다 에볼루션 바카라 상태의 이론적 계산은 에볼루션 바카라 상태를 정확하게 처리하기 위해 대규모의 복잡한 계산이 필요하며, 계산 시간은 복잡한 경우에 며칠이 걸립니다 또한, 에볼루션 바카라 상태가 복잡하기 때문에, 에볼루션 바카라까지 기본 지식이 누락되었는데, 예 : 자료가 재료간에 어떻게 다른지와 같은 기본 지식이 누락되었습니다

<연구 내용>

이 연구 그룹은 인공 지능에 사용되는 신경망을 활용했습니다 신경망에서 입력 및 출력 레이어는 뇌를 모방하는 다층 네트워크로 연결됩니다 (그림 2) 이 연구 그룹은 입력 데이터에 흥분되는 "사전"또는 접지 상태 정보와 출력 데이터에 대한 에볼루션 바카라 상태 스펙트럼을 사용하여 네트워크를 구축했습니다 이를 통해 우리는 지상 상태에서 에볼루션 바카라 상태를 예측하는 인공 지능을 구축 할 수 있습니다

이 연구 그룹은 먼저 실리콘 산화물 결정 및 비정질에서 거의 1,200 스펙트럼의 데이터베이스를 만들었습니다 이 데이터베이스를 사용하여 우리는 지상 상태와 에볼루션 바카라 상태와 신경망을 구성하고 지상 상태에서 에볼루션 바카라 상태를 예측할 수있는 인공 지능을 구성했습니다

실제 예측 결과는 그림 3에 나와 있습니다지면 상태 정보 (파란색 선)는 스펙트럼 (녹색 선)을 예측하기 위해 입력되었습니다 단 몇 초만에 정답 스펙트럼 (노란색 녹색 선)과 거의 동일한 스펙트럼을 얻을 수 있으며 높은 정확도로 예측하는 데 성공했음을 보여줍니다

에볼루션 바카라 상태의 계산과 달리 접지 상태의 계산은 몇 초에서 몇 분이 걸립니다 이 방법을 사용함으로써 이론적 스펙트럼 계산 자체가 상당히 가속화 될 수 있습니다 (수백 번)

이 연구에서 얻은 결과는 단순히 속도가 빠른 것이 아닙니다 이 연구를 통해 우리는 흥분된 상태에 대한 중요한 통찰력을 얻을 수있었습니다 예를 들어, 산화 실리콘 산화물을 사용하여 생성 된 예측 모델은 산화 마그네슘, 알루미늄 산화 알루미늄 및 산화 리튬과 같은 완전히 다른 산화물의 스펙트럼에 적용되었으며, 상이한 결정 구조 및 성분 요소를 갖는 산화물의 스펙트럼이 고정성으로 예측 될 수 있음이 밝혀졌다 이것은 산화 실리콘의 "에볼루션 바카라 상태"가 산화물의 "에볼루션 바카라 상태"와 유사하다는 것을 나타낸다

우리는 또한 "결정"실리콘 산화물로 생성 된 예측 모델이 "비정질"실리콘 산화물에 적용될 때 예측 정확도가 상당히 악화된다는 것을 발견했다 결과는 처음으로 화합물조차도 동일한 조성물, "결정"및 "비정질"의 에볼루션 바카라 상태가 다르다는 것을 처음으로 밝혀 냈습니다

이러한 결과는 과거와 같이 단순히 계산하여 눈치 채기 어려운 정보입니다 이것은 인공 지능이 흥분된 상태를 배우고 학습 결과를 사용하는 경우에만 공개되었습니다

<미래 개발>

이번에는 핵심 전자 에볼루션 바카라 스펙트럼에 사용했지만이 방법을 사용하면 지상 상태 정보 만 사용하여 적외선 분광법 및 라만 분광법과 같은 에볼루션 바카라 상태를 포함하는 스펙트럼의 빠르고 정확한 예측을 허용하며, 재료 및 환경 재료 조사의 구조적 분석에 필요한 시간을 크게 줄일 것으로 예상됩니다

이 연구는 일본 과학 및 기술 기관 (JST) 전략적 창의적 연구 촉진 프로젝트 개인 유형 연구 (Sakigake)의 지원으로 수행되었습니다 개인 유형 연구 (Sakigake) "이론, 실험 및 데이터 과학 (Research General : Tsieriki Shinji)과 협력하는 고급 자료 정보학을위한 기본 기술 구축 (연구 일반 : Tsieryuki Shinji) 정보 과학 방법을 사용한 인터페이스에서의 구조적 및 기능적 상관 관계 "(연구원 : Mizoguchi Teruyasu)와 교육, 문화, 스포츠, 과학 기술의 연구 분야)"기능적 핵심 과학 "(대표 : Matsunaga Katsushi)")

잡지 이름 : "NPJ 컴퓨터 재료"(온라인 버전 : 일본 6 월 3 일 출판 예정)
종이 제목 : 인공 신경 네트워크를 사용하여 지상 상태에서 흥분 상태를 배우는 것
(인공 신경 네트워크를 사용하여 지상 상태에서 흥분된 상태 학습)
저자 : 신 키요하라, 마사시 츠바키, 테루야수 미조 구치
(Kiyohara Shin, Tsubaki Masashi, Mizoguchi Teruyasu)
doi : 101038/s41524-020-0336-3

참고 1) 에볼루션 바카라 상태 및 지상 상태

지면 상태는 안정적인 상태이며 에볼루션 바카라 상태는 불안정한 상태입니다 예를 들어, 전자의 에볼루션 바카라를 고려할 때, 아래 다이어그램 중간에 전자가 들어오는 "장소"에 전자가 들어가는 경우, 궤도는 아래에서 전자를 함유하고,지면 상태에있는 반면, 에너지 (X- 선, 전자 빔, 열 등)는 외부에서 적용되어 전자가 고성기 궤도에서 에볼루션 바카라됩니다 그 상태는 흥분된 상태입니다 다양한 유형의 에볼루션 바카라 상태가 있으며, 이번에는 아래 다이어그램의 오른쪽에 표시된 바와 같이, 우리는 매우 낮은 에너지 궤도에있는 흥분된 전자로 인한 에볼루션 바카라 상태를 예측합니다[참조로 돌아 가기]

참고 2) 스펙트럼

입사광의 흡수 및 방출을 통해 얻은 정보 적외선에서 X- 선 및 전자 빔에 이르기까지 다양한 입사광이 사용됩니다 이 연구에서 우리는 전자 및 X- 레이를 사용하여 측정 된 내부 쉘 전자 에볼루션 바카라 분광학 스펙트럼에 중점을 두었습니다 수평 축에 에너지를 플로팅하고 수직 축에 흡수함으로써 얻은 2 차원 정보[참조로 돌아 가기]

참고 3) 이론적 계산

스펙트럼을 해석하고 원자 배열 및 전자 구조에 대한 정보를 얻는 계산 방법 특히, 코어 쉘 전자 에볼루션 바카라 분광법에서, 매우 긴 계산 시간이 필요한 계산 방법이 사용된다[참조로 돌아 가기]

참고 4) 결정 및 비정형

비정질은주기적인 원자 배열이있는 결정질 시스템이며 주기성 (장거리)이 없습니다 아래 다이어그램의 왼쪽은 sio₂오른쪽에 비정질 SIO가있는 크리스탈 (α-quartz)₂[참조로 돌아 가기]

주 5) 신경망

뇌를 모방하는 기계 학습 방법을 사용하여 다층 네트워크를 통해 입력 및 출력 데이터를 연결하는 방법 이 연구에서 입력 데이터는 접지 상태 스펙트럼이고 출력 데이터는 에볼루션 바카라 상태 스펙트럼입니다 감독 학습은 네트워크가 연결되는 방식의 변화를 허용하며 출력 데이터 예측의 정확도를 높일 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

참고 6) 내부 쉘 전자 에볼루션 바카라 분광법

전자 빔 또는 X- 선을 사용하여 주로 측정되고 전자가 에볼루션 바카라 될 때 발생하는 흡수 스펙트럼 스펙트럼에는 물질의 원자 배열 및 전자 구조에 대한 정보가 포함되어 있으며, 특히 변속기 전자 현미경을 사용하여 측정 된 내부 쉘 전자 에볼루션 바카라 분광법은 자연 잡지에 "궁극적 인 분석 방법"으로 도입되기 때문에 강력합니다[참조로 돌아 가기]

주 7) 에볼루션 바카라 상태와지면 상태의 전자 구조의 차이

위의 주 1에서 언급 한 바와 같이, 전자는지면 상태의 안정적인 궤도에서 막히고, 에볼루션 바카라 상태에서는 전자가 낮은 궤도에서 높은 궤도로 에볼루션 바카라됩니다 전자 구조는 그러한 흥분에 따라 극적으로 변화하는 것으로 알려져 있습니다 아래 다이어그램의 왼쪽은 접지 상태의 전자 구조의 계산 결과를 보여줍니다 오목과 볼록의 위치는 원자 위치에 해당합니다 결정에서, 두 가지 유형의 불균일이 주기적으로 배열된다 한편, 아래 그림의 오른쪽에서 중심 원자가 에볼루션 바카라 상태에 위치 할 때 전자 구조 계산 결과 전자 구조는 크게 국한되어 있으며 (내부 부분은 화산처럼 높아짐)지면 상태와 크게 다른 전자 구조를 만듭니다[참조로 돌아 가기]