米国のマテリアルインフォマティクスの動向：Center for Next Generation of Materials Design

自分メモ用にまとめてみる。情報はCNGMDのホームページから引用。

はじめに

オバマ政権時代に Materials Genome Initiative （2011年6月）がスタート。そのうちの研究拠点の一つが、Center for Next Generation of Materials Design（CNGMD）。2014年から2018年で、$14M （15億円）を投資。

CNGMD のミッション

Dramatically transform the discovery of functional energy materials through multiple-property search, incorporation of metastable materials into predictive design, and the development of theory to guide materials synthesis.

複合的な物性探索、準安定材料の結合、材料合成のための理論構築を通じて、機能エネルギー材料の発見方法を劇的に変えること。特に、計算科学による材料設計を、実用的なものとするために、４つの critical scientific "gap" 、すなわち、複合特性、精度と妥当性、準安定性、合成可能性を克服することを大きな方針としている。最初のフォーカス領域は太陽電池向けの変換材料と照明用材料となっている。

CNGMD の５つのゴール

・Goal 1: 理論、計算、合成、評価の統合による新しいエネルギー関連材料の設計と発見
・Goal 2: 次世代材料の設計を可能にする理論、合成、評価のための基盤ツールの開発
・Goal 3: 材料設計への準安定材料の組み込み、および、組成、構造、形成エネルギーを含む準安定性の理解
・Goal 4: 準安定系を含む新材料を合成に導く理論主導のアプローチの開発
・Goal 5: 材料研究コミュニティとしてのNGMDの促進と拡大

協同研究機関

CNGMDの研究者は次の８つの研究機関から。センター長はNRELの出身者。

・the National Renewable Energy Laboratory (NREL)
・Brookhaven National Laboratory
・the Colorado School of Mines
・Harvard University
・Lawrence Berkeley National Laboratory
・Massachusetts Institute of Technology
・Oregon State University
・SLAC National Accelerator Laboratory

４つの研究課題 Distinctives

・Multiple-Property Design 複合特性: 所与の制約条件のもと、単一の特性ではなく、複数の特性を予測することができる材料設計環境を提供する。既知の材料の範囲だけでなく、その先も予見できるべきである。
・Accuracy and Relevance 精度と妥当性: たくさんの材料とその複合特性（相安定性、光電特性、界面の輸送特性、バンドギャップなど）を予測するには、膨大な計算量が必要になる。精度を担保しつつ、計算量と時間を大幅に削減するアルゴリズムが必要になる。
・Metastability 準安定性: 準安定状態の材料は、熱平衡状態に比べて、よりよい機能を示すことが多く、技術的重要性が認識されつつあるにもかかわらず、機能的な準安定を取り入れ、積極的に設計するための体系的な方法はまだありません。
・Synthesizability 合成可能性: 計算科学による材料設計は、何を合成すべきかを決定する上で大きな進歩を遂げてきたが、何が合成可能か、という点ではまだ不十分である。安定な化合物の場合、プリカーサから安定な材料を合成することが目標である。準安定系の場合、まだ知られていないプリカーサと合成経路を用いて、平衡状態へと遷移せずに合成することが目標である。現在の理論は、特定の化学ポテンシャル空間に平衡状態にある物質が存在しうるかどうかを示すのがせいぜいである。材料合成を導くための理論またはアプローチは、材料設計における次の大きな課題である。