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【本学研究者情报】

〇材料科学高等研究所　所长（金属材料研究所　教授）　折茂慎一

【発表のポイント】

• 机械学习が迫る反応の谜：机械学习を駆使したシミュレーションにより、加圧时に材料表面が一时的に液状化し、水素を効率的に取り込む全く新しい反応メカニズムを発见。
• 画期的成果：このシミュレーションにより、従来と比べ飞跃的に水素贮蔵能力を高めた「スーパーハイドライド」の合成过程を理论的に解明することに成功。
• 未来技术への扉：スーパーハイドライドは、水素社会実现の键となる高効率水素贮蔵材料や次世代超伝导材料开発に革命をもたらす可能性を秘めています。

【概要】

东京大学大学院工学系研究科の佐藤龙平助教と、东北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）所長?折茂慎一教授（金属材料研究所 兼務）、李昊教授、ケンブリッジ大学クリス ピッカード教授らによる国際研究チームは、最先端の機械学習を駆使して「スーパーハイドライド」（注1）と呼ばれる超高密度水素化物の合成反応を再现することに成功しました。

研究チームは、未知の反応経路にも対応可能な高度な机械学习ポテンシャル（注2）を第一原理计算（注3）に基づいて构筑し、カルシウム水素化物（CaH?）が高温?高圧环境下でカルシウムスーパーハイドライド（CaH?）へと剧的に変化する过程を分子动力学シミュレーション（注4）で可视化することに成功しました。これにより、材料表面が一时的に液状化して水素を効率的に取り込み、最终的に固体化する反応経路が明らかになりました。この液状化促进メカニズムは、圧力と水素化反応によって引き起こされる普遍的な反応机构であると示唆されています。

この成果により、従来の水素化物と比较して飞跃的に多くの水素を贮蔵できるスーパーハイドライドの精密制御を可能にし、次世代水素贮蔵材料（注5）への応用というブレイクスルーをもたらすことが期待されます。さらに、未知の化学反応経路を予测する机械学习の新しい応用事例としても、材料科学の未来を拓く先駆的意义を持ちます。

　本研究成果は、2025年5月29日（米国东部时间）に「Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)」にて掲载されました。

【用语解説】

（注1）スーパーハイドライド
超化学量论组成水素化物。10 GPa～数100 GPaの圧力下で合成される水素含有量の非常に高い材料。材料内の水素の密度が高いため、水素が互いに相互作用し电子を共有するため超伝导性能を発现することが报告されている。

（注2）机械学习ポテンシャル
第一原理计算より得られる原子の配置に対するエネルギーや力のデータを基に作られる原子の配置からエネルギーや力を计算する第一原理计算を模倣する机械学习モデル。

（注3）第一原理计算
元素の种类と原子の配置を利用して、量子力学の支配方程式に基づいて电子状态を计算し、物质の电子状态に基づく性质を调べる方法。これにより経験的なパラメータの设定をせずに物质の安定性（エネルギー）や原子间に働く力を求めることができる。

（注4）分子动力学シミュレーション
材料を构成している原子の运动について、运动方程式を解くことによりその轨跡を追跡する计算手法。各原子に作用する力および初期位置?速度が分かれば、各时间のすべての原子の位置および速度が一意に决定される。

（注5）水素贮蔵材料
合金などの固体水素贮蔵材料は、自身の体积の约1000倍にも相当する水素を内部に取り込むことが可能であり、体积あたりの贮蔵密度が高いという点で有望な材料である。一方で、材料の质量あたりの贮蔵量をいかに高めるかが课题となっている。この材料系は2023年に改订された「水素基本戦略」でも明记されているように、2050年のカーボンニュートラル実现に向けて、水素社会を支える重要な材料として注目されている。

【论文情报】

雑誌名：Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)
題　名：Surface Melting-Driven Hydrogen Absorption for High-Pressure Polyhydride Synthesis
著者名：Ryuhei Sato*, Lewis J. Conway, Di Zhang, Chris J. Pickard, Kazuto Akagi, Kartik Sau, Hao Li, Shin-ichi Orimo*
顿翱滨：

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学材料科学高等研究所
所长　折茂　慎一
TEL: 022-215-2093
E-mail: shin-ichi.orimo.a6*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学材料科学高等研究所
広报戦略室
TEL: 022-217-6146
E-mail: aimr-outreach*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）