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巽 一厳; 奥平 琢也*; 古府 麻衣子; Rozyczko, P.*
Journal of Physics; Condensed Matter, 36(37), p.375901_1 - 375901_13, 2023/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Condensed Matter)This study re-evaluates the theoretical approach to analyzing inelastic neutron spectra of hydrogen-containing metals and intermetallic compounds. Previously, these analyses utilized hydrogen quantum nuclear states, modeled as solutions to the Schr
dinger equation. The potential surfaces in these models were approximated from the total energies derived from first-principles electronic structure calculations. The current study improves upon this method by employing more efficient and accurate treatments for sampling the potential surface. It utilizes symmetrically irreducible sampling points arranged on densely populated mesh grids for the first-principles calculations. A comparative analysis of the theoretical predictions with experimental spectra for hydrides of Ti
Sb and Ti
Sb, as well as a LaNi
hydrogen primary solid solution, demonstrates that this approach is promising for elucidating the unknown local environments of hydrogen atoms in systems where the approximate potential well describes the hydrogen quantum states.
巽 一厳; 稲村 泰弘; 古府 麻衣子; 鬼柳 亮嗣; 島崎 秀昭*
Journal of Applied Crystallography, 55(3), p.533 - 543, 2022/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Multidisciplinary)神経物理学研究において不均一ポアソン過程に基づく観測データのヒストグラムのビン幅最適化が開発され[Shimazaki & Shinomoto (2007). Neural Comput. 19, 1503-1527]、後継研究[Muto et al. (2019). J. Phys. Soc. Jpn, 88, 044002]はその非弾性中性子散乱データへの応用が提唱された。本研究では、銅の単結晶を用いて異なる条件の飛行時間型計測で得られた非弾性中性子散乱の実験データにこの方法を適用し、その結果の正当性を検証した。与えられたデータにおける統計情報を異なる総カウント数のデータに外挿した結果は、それらの実際のデータでの最適なビン幅を精度よく予測した。最適化したビン幅でのヒストグラムはエネルギーおよび運動量の断面において次の二つの微細スペクトル構造の存在の有無を検視した。(1)フォノンバンドギャップの存在、(2)互いに隣接する複数のフォノンブランチの数。磁気励起の新奇な形態や講師熱伝導度に相関するフォノン状態等、物理や材料科学において重要なスペクトル構造を効果的かつ厳正に観測するのを今回適用した方法は助けることをこれは意味する。
and ZnF山本 知之*; 溝口 照康*; 巽 一厳*; 田中 功*; 足立 裕彦*; 村松 康司; Gullikson, E. M.*; Perera, R. C. C.*
Materials Transactions, 45(7), p.1991 - 1993, 2004/07
被引用回数：7 パーセンタイル：43.86(Materials Science, Multidisciplinary)MgFとZnFのFKX線吸収スペクトルにおける内殻空孔の影響を第一原理計算で解析した。その結果、実験スペクトルは内殻空孔を考慮した計算によって再現することができた。また、計算におけるスーパーセルの大きさの効果も効いていた。
鬼柳 亮嗣; 巽 一厳; 青木 裕之; 本武 陽一*; 大原 高志
no journal, ,
X物質中の原子配置は、物性研究や材料研究において最も基本的な情報の一つであり、それを決定する最も一般的な手法として、X線や中性子を用いた結晶構造解析がある。重元素と軽元素が共存するような物質に対しては、元素の重・軽に関わらず精度良くパラメータを決定するために、X線と中性子の元素に対する感度の違いを活かしたX線-中性子同時解析なども古くから行われている。結晶構造解析においては、構造モデル(原子位置など)を最小二乗法により推定する方法が一般的である。最小二乗法は、最尤点(残差自乗和を最小にするパラメータセット)を推定する最も汎用的な方法であるが、局所解に落ち入りやすいなど丁寧に扱わなければいけない部分がある。一方で、モデル推定を行う方法としてはベイズ推定も昔から利用されている。ベイズ推定は、推定パラメータの事前分布および測定データからパラメータの尤度分布(事後分布)を求める手法である。本研究ではX線や中性子を用いた単結晶構造解析について、ベイズ推定の観点から検証を行った。シミュレーションデータを用いた検証を行った結果、データの精度や組み合わせに依存し、解空間が多峰や単峰に変化することが示された。また、パラメータの事後分布は、プローブ(X線や中性子)の感度に対応した広がりを示すことが示された。
鬼柳 亮嗣; 巽 一厳; 青木 裕之; 本武 陽一*; 大原 高志
no journal, ,
X線や中性子は結晶構造解析を行ううえで最も一般的なプローブの一つであり、対象とする物質の構成元素に合わせて使い分けられている。また、重元素と軽元素が共存するような物質に対しては、元素の重・軽に関わらず精度良くパラメータを決定するために、X線と中性子のデータを同時に用いたXN解析も古くから行われている。構造解析においては、構造モデル(原子位置など)を最小二乗法により推定する方法が一般的である。一方、モデル推定を行う方法としてはベイズ推定も昔から知られている。最小二乗法は最尤推定の最も汎用的な方法であり、点推定を行うのに対し、ベイズ推定は推定パラメータの事前分布および測定データから事後分布を推定するという特徴がある。そこで、本研究ではXN解析についてベイズ推定の観点から評価を行った。いくつかの典型的な構造に対してシミュレーションデータを元に計算を行った。得られた推定パラメータの事後分布は、X線や中性子の特徴(軽・重元素に対する感度)に対応した広がりを示すことがわかった。また、XN解析により得られる事後分布は、感度の高い方の事後分布が大きく反映された分布となっていることが確認された。
巽 一厳
no journal, ,
計測技術の進展により、材料分析での各種分光で得られるデータも大規模化・高精度化してきており、実験データの質・量の向上とともに、データ科学的手法も活用されるようになってきている。例えば走査透過型電子顕微鏡に付随した電子線エネルギー損失分光においては、試料の2次元平上の100
100点からの1000チャンネルほどのスペクトルが1時間もかからず取得できる。パルス中性子源での非弾性散乱では、逆格子単位胞全体および散乱対象が存在するエネルギー範囲全体で、個々の散乱を全て記録できる。これらを対象としてデータ科学的手法を適用した例を紹介する。
長谷美 宏幸; 巽 一厳; 佐藤 博隆*; 加美山 隆*
no journal, ,
中性子共鳴吸収分光法や中性子回折法など中性子ビームを実空間スキャンしながら物理量を測定する場合、事前に物理量の空間分布を把握できていない状況では試料全体を等間隔にスキャンするしかない。しかしながら、物理量の空間分布の変化が大きい領域は重点的にスキャンすることが望まれる。限られた測定時間において物理量の空間分布を効率的に測定するため、中性子スキャン測定に対しガウス過程回帰を適用することを考案した。ガウス過程回帰では、複数の測定結果の組(測定座標とその座標における測定量)が与えられた場合に新たな測定座標における測定量をベイズ推定することができる。推定値の分散が大きい座標を新たな測定座標とし、これを繰り返すことで測定量の推定精度が向上していく。発表者は中性子共鳴吸収分光法による元素密度や温度のスキャン測定に対してガウス過程回帰を適用した効率的な測定システムの開発を行っており、これまで計算機上でスキャン測定のシミュレーションおよびスペクトル解析を実施してきた。このスキャン測定にガウス過程回帰を適用して測定座標の探索を実施するためのアルゴリズムについての検討状況を報告する。
長谷美 宏幸; 巽 一厳; 佐藤 博隆*; 加美山 隆*
no journal, ,
中性子共鳴吸収分光法による密度・温度のイメージングや中性子回折法によるひずみイメージングなどのように中性子ビームを実空間でスキャンしながら測定を行う手法について、事前に物理量の空間分布が把握できない場合には試料全体を等間隔にスキャンすることになる。しかし、対象とする物理量が分布していない領域も等しく測定してしまうため無駄が多い。また、物理量の変化の大きい部分はより細かい間隔で測定しなければ正確に分布を再現できないという問題がある。限られた測定時間の中で物理量の空間分布が未知の試料に対して効率的にイメージングを実施するために、ガウス過程回帰を測定点の探索に適用することを考案した。ガウス過程回帰は数点の測定結果から未測定点における物理量をベイズ推定することができる。推定値はガウス分布に従うため平均と分散を持っており、分散の大きな点を次の測定点とすることで推定精度が向上する。本研究では推定値の平均と分散を用いて測定点の探索を行う手法を開発する。本研究では中性子共鳴吸収分光法による密度や温度のスキャン測定にガウス過程回帰による効率的な測定手法を適用することを検討している。計算機上でスキャン測定をシミュレーションし、測定点の探索アルゴリズムの検討を行った。ベイズ最適化で利用されるいくつかの獲得関数と本研究で考案した関数との比較を行ったので、その結果について報告する。また、本手法による測定を実施するための測定システムの開発状況についても報告する予定である。
長谷美 宏幸; 巽 一厳; 土川 雄介; 甲斐 哲也; 及川 健一
no journal, ,
特定のエネルギーの中性子を原子核が強く吸収する現象を共鳴吸収という。中性子共鳴透過法は物質の中性子透過率の中性子エネルギー依存性を測定し、そのスペクトル中に現れる共鳴吸収によるディップを解析することで原子核の情報(核種同定、原子数密度、原子ダイナミクス)を得る手法である。共鳴吸収を起こす中性子エネルギー(おおよそ1eV以上)に対して検出器感度が低いことなどから、特に原子ダイナミクス(温度)の測定や2次元検出器を用いたイメージング測定には長時間の計測が必要である。近年、機械学習を利用した測定の効率化などの研究が進められており、J-PARC MLFにおいてもディープラーニングを利用した中性子反射率データの統計的なノイズの低減手法に関する研究成果が報告されている。本研究では、中性子共鳴透過率法における測定時間の短縮を目的とし、ディープラーニングを利用したノイズ低減手法の中性子共鳴透過率スペクトルへの適用について検討した。理論的なスペクトルに統計的なノイズを付与したものを入力層、ノイズの無いスペクトルを出力層とし、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を構築して学習を行った。学習データのバリエーションとして、試料に含まれる元素の種類および試料の厚さが異なるスペクトルを用意し、それらに数段階の統計的なノイズを付与した。学習データセットは80,400個である。CNNのモデルとして畳み込みオートエンコーダーやデノイズCNN(DnCNN)などを用いた学習を行い、実験データの予測(ノイズ低減)を行った。実験データとしてJ-PARC MLF BL10で測定されたフィルター(Ta/In/Cu)の透過率スペクトルを選択した。通常の統計量(100分)の測定データから統計量が10%の低統計スペクトルを用意し、学習済みモデルを使用して予測を行った。DnCNNを用いて予測されたスペクトルと理論スペクトルとの一致度をPSNRやSSIMといった指標を用いて評価したところ、低統計スペクトルよりも理論スペクトルとの一致度が高くなり、ディープラーニングにより共鳴吸収スペクトルのノイズが低減されていることが確認された。発表では、予測スペクトルに対するフィッティング解析の結果などについても報告する。
鬼柳 亮嗣; 巽 一厳; 青木 裕之; 本武 陽一*; 大原 高志
no journal, ,
物質中の原子配置は、物性研究や材料研究において最も基本的な情報の一つであり、それを決定する最も一般的な手法として、X線や中性子を用いた結晶構造解析がある。特に、高精度な構造解析を行うにあたっては、個々のブラッグ反射強度を独立に測定することが可能な単結晶を用いた構造解析が重要とされている。また、元素の重・軽に関わらず精度良くパラメータを決定するために、X線と中性子それぞれから得られるデータを同時に解析する手法も古くから行われている。実際の測定においては、全逆空間を測定するか、または独立な領域のみを測定するかなどの条件の違いにより、データ数は大きく変化する。また、測定されたデータに対しては、統計精度などの質などによる選別を行うこともある。しかし、このようなデータの量や質の違いが、構造解析の結果にどのような影響を与えるかは自明ではない。本発表では、単結晶構造解析におけるデータの量や質の影響およびX線-中性子同時解析の効果について、ベイズ推定の観点から検証を行った結果を報告する。
