Materials Informatics- Overview of MI2I and handling of data –

ＭＩ２Ｉ Program Manager／ＪＳＴ

Satoshi ITOH

Feb. 29, 2016

Two approaches to material and device development

Social and urban infrastructures are based on materials science

Solid laser

−1

2∇２+w r Φ(r)=EΦ(r)

Direct problem scheme

Conventional approach

Based on the fundamental physics, e.g. DFT, we investigate material properties .

Inverse problem scheme

Materials Informatics

GMR head

Superconductivity

By getting help of the data science, we explore materials having a desirable properties.

Materials  database

MatNavi

API/UI

B

A

C

X Z

Y

Materials informatics  application tools

Magnetic 

Thermal 

Battery

Target subjectsNew subjects

Open data‐platform

National project on materials informatics “Materials  Research by Information Integration”  Initiative (MI2I)

Start : July 1, 2015Period:  5 yearsBudget:   about  2 billion JPY

Key point

We not just prepare materials database and materials informatics tools as a useful elements, but also we propose a solution scenario for problem by "connecting the dots".

Project leader: Kiyoyuki Terakura (NIMS)Program  manager: Satoshi ITOH (JST)

MI2ISociety/Industry

Construction of “all‐Japan” structure ,  “connecting the dots”

“all‐Japan” by inter‐regional cooperation• NIMS/JST as hub organization• Academia network・・・Hokkaido Univ., 

Tohoku Univ., Univ.Tokyo, TUT, JAIST, Nagoya Inst.Tech., Kyoto Univ., Osaka Univ., Hiroshima Univ., AIST, IMS, JFCC

• Translational research satellites東北大

統数研阪大

北陸先端大

名工大ＪＦＣＣ

東大

京大

東工大

産総研

北大

広大

Government/ participation of Municipalities 

Network of  organizations

National project on materials informatics “Materials  Research by Information Integration”  Initiative (MI2I)

MI2I consortium ( 4/1/2016 ～ ）• Collaboration in equal partnership of participants• Sharing of information and achievements as possible

If you are interested  → e‐mail : mii‐i@ml.nims.go.jp

“all‐Japan” by inter‐sector cooperation• Industry‐government‐academia cooperation• A new scheme of multi‐client collaboration

Rough information on atomic positions obtained by XRD and HR‐TEM

Grain size

Grain boundary composition

Magnetic property

AI

Surface structure

Interface structure

Crystal structure

TEM image×AInm～μm

Magnetic property

Electronic structure

Crystal structure

Materials database

Forecast of magnetic property

Present image by TEM 

Schematic example for magnetic material

See the web site,http://mits.nims.go.jp/index_en.html

“MatNavi” consists of   about 20 database (polymer, inorganic materials, superconductivity, etc.)  with high reliability. 

“MatNavi” provides data visualization tools and simple prediction simulator  of material properties.

Materials database system : MatNavi

Genome sequence   

CGAGTGTTGAAGTTCGGCGG

Amino acid sequence

APRKNVRWCTISQPEWFKCRR

Protein A • Bioactivity• Isoelectric point• Molecular weight

Bio Database

DDBJ

PDB

KEGGSSDB

Omics Space Analysis

Bio Informatics

≒

Protocol

Protocol

Bio Informatics

Open data

=

DNA sequencer 

Function  SiC

• Composite ratio• Crystal structure• Impurity content

• Electric resistivity• Dielectric constant• Hardness

Material specification

Materials Informatics

～1024 atoms in a realspecimen

All atomic positionscannot be determined  in a real material !

Manufacturing process 

Materials database

All atomic species and positions 

Materials science/Materials informatics

Open data

Unknown data

=

Characteristics of materials database

All of material functions                           Information of all atoms in a specimen

Absolutely impossible !!

Composite ratio A                   

Process α                   Character 1

Process β                   Character 2

Public databasePrivate database

Ideal database 

Austenite Modified austenite

Ferrite phase

Ferrite and pearlite

Hot rolling process（熱間圧延プロセス）

Fe+C+Mn+ …

Grandmaster craftsman

Swordsmith （刀鍛冶）

Characteristics of materials database

Categorizing of material functions• Function A • Function B• Function C• ・・・

Materials data 

Manufacturing process(It is better than no data, even if insufficient)

＋Informatics

Custom‐made database

• The manufacturing process is key know‐how in materials development.

• The know‐how is dependent on person.

• Manifestation of know‐how• Quantification of know‐how• ・・・

SPring‐8

TEM

The most reliable means is specimen box ! ( Materials DB ?) 

Characteristics of materials database

Materials data 

Manufacturing process

Custom‐made database

The manufacturing process is key know‐how in materials development.

Sharing  know‐how ?

Specimen box

+

Open data Share data Closed data

Standard dataBibliographic data

CollaborationConsortium

Private  know‐howUnpublished

Unser certification Unser certification Unser certification

User communities Data Classification and Handling Policy 

Concluding remarks

A new national project called MI2I on materials informatics, which is a collaboration between materials science and information engineering, has been started from July 1, 2015, in Japan.

The knowledge of manufacturing process is key information on the development of materials, which is dependent on person as know‐how.

Next‐generation materials database contains standard material properties, functions, manufacturing processes, together with know‐how and specimens.

We have to discuss on data classification and handling policy, and incentive of database developer and data providers.