PolyCrysDiff: 計算可能な三次元多結晶材料構造の可制御生成

三次元（3D）ポリ結晶材料の微細構造は、その機械的および物理的特性に決定的な影響を及ぼす。これらの微細構造を現実的で可制御な方法で構築することは、構造と特性の関係を解明するうえで重要な一歩であるが、依然として大きな課題である。本研究では、条件付き潜在拡散に基づくフレームワークPolyCrysDiffを提案する。これにより、計算可能な3Dポリ結晶微細構造のエンドツーエンド生成を可能にする。包括的な定性的および定量的評価により、PolyCrysDiffは目標とする粒界形態、配向分布、および3D空間相関を忠実に再現し、粒径や球形度などの粒子属性に対して$R^2$が0.972を超える制御を達成し、Markov random field（MRF）および畳み込みニューラルネットワーク（CNN）ベースの手法などの主流アプローチを上回る。生成された微細構造の計算可能性と物理的妥当性は、一連の結晶塑性有限要素法（CPFEM）シミュレーションを通じて検証される。PolyCrysDiffの可制御生成能力を活用することで、粒子レベルの微細構造特性が多結晶材料の機械的特性にどのように影響するかを体系的に解明する。これにより、この発展は多結晶材料のデータ駆動型最適化と設計を加速させる重要な一歩になると期待される。