小林 亮 (コバヤシ リヨウ)

KOBAYASHI Ryo

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所属学科・専攻等

物理工学教育類 応用物理分野
物理工学専攻 応用物理分野

職名

助教

メールアドレス

メールアドレス

ホームページ

http://ryokbys.web.nitech.ac.jp/

研究分野・キーワード

計算材料科学

取得学位

  • 千葉大学 -  理学博士

専門分野(科研費分類)

  • 薄膜・表面界面物性

  • 機械材料・材料力学

  • ナノ材料化学

 

研究経歴

  • 固体の原子シミュレーションのための高精度力場開発

    個人研究   国際共同研究  

    研究期間:  2015年12月  -  現在

論文

  • Non-equilibrium molecular dynamics study on atomistic origin of grain boundary resistivity in NASICON-type Li-ion conductor

    Ryo Kobayashi, Koki Nakano, Masanobu Nakayama

    Acta Materialia ( Elsevier )  226   117596   2022年03月  [査読有り]

    研究論文(学術雑誌)   共著

    Grain boundary (GB) resistance to ion conduction in solid-state electrolytes is one of the main issues on next-generation, high-performance rechargeable batteries. Thus, it is required to understand the origin of the GB resistance from the atomistic point of view. In this paper, a method to investigate the local ion flux using the non-equilibrium molecular dynamics (NEMD) is proposed, and it is demonstrated that the atomistic origin of the GB resistance in NASICON-type LiZr2(PO4)3 is clarified by the local ion-flux analysis of poly-crystalline system containing over half-million atoms in combination with Li-ion site potential energy analysis. The local ion-flux analysis enables us to visualize where Li ions migrate fast or slow in poly-crystalline structures, and it is observed, for the first time, that Li ions move toward lower reaches within grains and pass through specific regions of GBs. The Li-ion site potential energy analysis provides atomic-level details of the differences between high-flux and low-flux regions. It is confirmed from the analyses that the GB resistance comes from deep Li-ion traps and high-energy Li-ion migration paths made of rings of PO4 and ZrO6 polyhedra that do not exist in the crystalline structure.

  • Simulation Analysis of Effect of Vacancies on Ferroic Domain Growth of BaTiO3

    Takahiro Tsuzuki, Shuji Ogata, Ryo Kobayashi, Masayuki Uranagase, Seiya Shimoi, Saki Tsujimoto

    international journal of circuits, systems and signal processing   15   1828 - 1832   2021年12月  [査読有り]

    研究論文(国際会議プロシーディングス)   共著

  • Molecular Dynamics Simulation of Li-Ion Conduction at Grain Boundaries in NASICON-Type LiZr2(PO4)3 Solid Electrolytes

    Koki Nakano, Naoto Tanibata, Hayami Takeda, Ryo Kobayashi, Masanobu Nakayama, Naoki Watanabe

    The Journal of Physical Chemistry C ( ACS Publications )  125 ( 43 ) 23604 - 23612   2021年10月  [査読有り]

    研究論文(学術雑誌)   共著

  • Exploring the diffusion mechanism of Li ions in different modulated arrangements of La(1-X)/3LixNbO3 with fitted force fields obtained via a metaheuristic algorithm

    Zijian Yang, Robyn E. Ward, Naoto Tanibata, Hayami Takeda, Masanobu Nakayama, Ryo Kobayashi

    Solid State Ionics ( Elsevier )  366-367   115662   2021年08月  [査読有り]

    研究論文(学術雑誌)   共著

  • nap: A molecular dynamics package with parameter-optimization programs for classical and machine-learning potentials

    Ryo Kobayashi

    Journal of Open Source Software   6   2768   2021年01月  [査読有り]

    研究論文(学術雑誌)   単著

  • High-throughput production of force-fields for solid-state electrolyte materials

    Ryo Kobayashi, Yasuhiro Miyaji, Koki Nakano, Masanobu Nakayama

    APL Materials ( AIP Publishing )  8 ( 8 ) 081111   2020年08月  [査読有り]

    研究論文(学術雑誌)   共著

    An automatic and high-throughput method to produce interatomic force-fields for solid-state electrolyte materials is proposed. The proposed method employs the cuckoo search algorithm with an automatic update of search space to optimize parameters in empirical potentials to reproduce radial and angular distribution functions and equilibrium volume obtained from the ab initio molecular dynamics simulation. The force-fields for LiZr2(PO4)3 and LaF3 systems parameterized using the present method well reproduce key physical properties required to study ion conductivity of solid-state electrolyte materials. The current approach takes only one or two days to produce a force-field including the ab initio calculation to create reference data, which will greatly enhance the speed of exploration and screening of candidate materials.

  • Exhaustive and informatics-aided search for fast Li-ion conductor with NASICON-type structure using material simulation and Bayesian optimization

    Koki Nakano, Yusuke Noda, Naoto Tanibata, Hayami Takeda, Masanobu Nakayama, Ryo Kobayashi, Ichiro Takeuchi

    APL Materials ( AIP Publishing )  8 ( 4 ) 041112   2020年04月  [査読有り]

    研究論文(学術雑誌)   共著

    Currently, NASICON-type LiZr2(PO4)3 (LZP)-related materials are attracting attention as solid electrolytes. There are experimental reports that Li-ion conductivity can be improved by doping a small amount of Ca or Y into stoichiometric LZP. In previous studies, doping with only one element having a narrow search space has been attempted, and thus, further improvement of the Li-ion conductivity is conceivable by using multi-element doping. When multi-element doping is attempted, because the search space becomes enormous, it is necessary to evaluate the Li-ion conductivity using a low-cost method. Here, force-field molecular dynamics using a bond valence force field (BVFF) approach was performed to evaluate the Li-ion conductivity. We confirmed that the Li-ion conductivity of stoichiometric LZP derived from BVFF (6.2 × 10−6 S/cm) has good agreement with the first principle calculation result (5.0 × 10−6 S/cm). Our results suggest that the Li-ion conductivity can be further improved by simultaneously doping LZP with Ca and Y [6.1 × 10−5 S/cm, Li35/32Ca1/32Y1/32Zr31/16(PO4)3]. In addition, Bayesian optimization, which is an informatics approach, was performed using exhaustively computed conduction property datasets in order to validate efficient materials search. The averages for Bayesian optimization over 1000 trials show that the optimal composition can be found about seven times faster than by random search.

  • Ca doping effect on the Li-ion conductivity in NASICON-type solid electrolyte LiZr2(PO4)3: A first-principles molecular dynamics study

    Yusuke NODA, Ryo KOBAYASHI, Masanobu NAKAYAMA 他

    APL Materials ( AIP Publishing )  6   060702   2018年06月  [査読有り]

    研究論文(学術雑誌)   共著

  • Neural-network potential for Al-Mg-Si alloys

    Ryo Kobayashi, D. Giofre, T. Junge, M. Ceriotti, W. A. Curtin

    Physical Review Materials   1   053604   2017年10月  [査読有り]

    研究論文(学術雑誌)   共著

  • Fast and scalable prediction of local energy at grain boundaries: machine-learning based modeling of first-principles calculations

    Tomoyuki Tamura, Masayuki Karasuyama, Ryo Kobayashi, Ryuichi Arakawa, Yoshinori Shiihara, Ichiro Takeuchi

    Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering ( IOP Publishing )  25   075003   2017年08月  [査読有り]

    研究論文(学術雑誌)   共著

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著書

総説・解説記事

  • 固体電解質のハイスループット原子力場構築--固体電解質材料研究・開発への分子動力学法応用のために--

    小林亮,中野高毅,中山将伸

    日本セラミックス協会誌「セラミックス」 ( 日本セラミックス協会 )  56 ( 10月 )   2021年10月  [査読有り]  [依頼有り]

    総説・解説(学術雑誌)   共著

  • Mgイオン電池材料の探索-材料計算の進展ー

    中山将伸、中野高毅、小林亮

    セラミックス ( 日本セラミックス協会 )  56   362 - 365   2021年04月

    総説・解説(大学・研究所紀要)   共著

研究発表

  • MD study on atomistic origin of grain boundary resistivity in solid electrolytes

    Ryo KOBAYASHI  [招待有り]

    Interface IONICS International online symposium 2022  (オンライン)  2022年03月  -  2022年03月  Interface IONICS project

  • 酸化物固体電解質粒界におけるイオン伝導抵抗機構:分子動力学解析

    小林亮, 中野高毅, 中山将伸

    日本物理学会第77回年次大会  (オンライン)  2022年03月  -  2022年03月  日本物理学会

  • 分子動力学法と機械学習を用いたNASICON型リチウムイオン伝導体LiZr2(PO4)3の粒界シミュレーション

    中野高毅, 谷端直人, 武田はやみ, 小林亮, 中山将伸

    第31回日本MRS年次大会  (パシフィコ横浜・ノース,オンライン)  2021年12月  -  2021年12月  日本MRS

  • 第一原理XANESスペクトルの予測と物理的解釈

    平井悠喜,田村友幸,烏山昌幸,小林亮

    第31回日本MRS年次大会  (パシフィコ横浜・ノース,オンライン)  2021年12月  -  2021年12月  日本MRS

  • Stress-induced olivine-spinel transformation: a molecular dynamics study

    Eito Date, Ryo Kobayashi

    第31回日本MRS年次大会  (パシフィコ横浜・ノース,オンライン)  2021年12月  -  2021年12月  日本MRS

  • Molecular dynamics analysis on grain boundary resistance of perovskite-type solid-state electrolytes

    Kento Ishida, Ryo Kobayashi

    第31回日本MRS年次大会  (パシフィコ横浜・ノース,オンライン)  2021年12月  -  2021年12月  日本MRS

  • Molecular dynamics analysis on Li-ion flux at grain boundaries in a solid-state electrolyte

    Ryo Kobayashi, Koki Nakano, Masanobu Nakayama

    第31回日本MRS年次大会  (パシフィコ横浜・ノース,オンライン)  2021年12月  -  2021年12月  日本MRS

  • 分子動力学シミュレーションによる個体電解質粒界における局所イオン流解析

    小林亮,中野高毅,中山将伸

    第62回電池討論会  (パシフィコ横浜・ノース)  2021年11月  -  2021年12月  電気化学学会・電池技術委員会

  • Li-Si-O材料の酸素関連欠陥の第一原理XANESシミュレーション

    片山航,田村友幸,小林亮,廣瀬貴一

    第31回日本MRS年次大会  (パシフィコ横浜・ノース,オンライン)  2021年11月  -  2021年12月  日本MRS

  • Li-Si-O材料の酸素関連血管の第一原理XANESシミュレーション

    田村友幸,片山航,小林亮,廣瀬貴一

    第62回電池討論会  (パシフィコ横浜・ノース)  2021年11月  -  2021年12月  電気化学学会・電池技術委員会

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学術関係受賞

  • 第20回日本MRS学術シンポジウム奨励賞

    2011年01月06日   日本MRS  

    受賞者:  小林 亮

科研費(文科省・学振)獲得実績

  • 非一様な固体電解質内の局所イオン伝導度解析

    新学術領域研究

    研究期間:  2022年04月  -  2024年04月  代表者:  小林亮

  • 反応力場開発と電極・固体電解質界面の分子動力学シミュレーション

    基盤研究(C)

    研究期間:  2021年04月  -  2024年03月 

  • 多元系蓄電材料の古典力場開発と焼結界面のイオン伝導解析

    新学術領域研究

    研究期間:  2020年04月  -  2022年03月  代表者:  小林亮

    固体電解質材料の第一原理分子動力学 (MD) シミュレーションを良く再現する精度と汎用性の高い古典力場を自動的に構築する手法を確立する .開発手法を用いて固体電解質材料の力場を構築し,力場を用いた焼結の大規模MDシミュレーションにより,ナノ粒子間界面の原子構造と,温 度・圧力などの焼結プロセスとの関連を明らかにする.焼結後の多結晶体におけるイオン伝導特性をミクロの視点から解析することで,界面に おけるイオン伝導抵抗の機構を解明する.種々の異なる組成・結晶構造・焼結プロセスにおけるイオン伝導特性との関連性を調べ,組成・プロ セスとイオン伝導特性をつなぐ物理モデル・機械学習モデルの構築を目的とする.

  • 転位キンク・ダイナミクスのマルチスケール解析 研究課題

    若手研究(B)

    研究期間:  2012年04月  -  2015年03月  代表者:  小林亮

 
 

社会貢献活動

  • 名工大テクノフェア

    名工大  (オンライン)  2020年11月  -  2020年11月

  • MI2Iマテリアルズ・インフォマティクス・ハンズオン講習会@名古屋

    物質・材料研究機構  (名工大)  2019年12月  -  2019年12月

    電池材料のための原子間力場を構築するプログラムfitpotおよびそれを用いて分子動力学シミュレーションを行うプログラムpmdを,企業内研究者に向けて紹介する.

  • MI2Iマテリアルズ・インフォマティクス・ハンズオン講習会@名古屋

    物質・材料研究機構  (名工大)  2019年08月  -  2019年08月

    電池材料のための原子間力場を構築するプログラムfitpotおよびそれを用いて分子動力学シミュレーションを行うプログラムpmdを,企業内研究者に向けて紹介する.

  • ナノの世界のコンピュータ・シミュレーション

    名工大  (名工大)  2019年08月  -  2019年08月

    高校生に向けて「ナノの世界のコンピュータ・シミュレーション」というタイトルの実習・講義を行った.

  • ナノの世界のコンピュータ・シミュレーション

    名工大  (名工大)  2018年08月  -  2018年08月

    高校生に向けて「ナノの世界のコンピュータ・シミュレーション」というタイトルの実習・講義を行った.