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材料:100万通りの面心立法構造について確認された安定性と弾性の正準関係

Nature 491, 7426 doi: 10.1038/nature11609

熱力学的に安定または準安定な相はすべて、非常に複雑になりうるエネルギーランドスケープの極小に対応している。しかし、結晶がどれほど複雑であろうと、このエネルギーランドスケープは最小値付近では放物形になる。おおまかに言うと、何らかの基準レベルに対するこのエネルギー井戸の深さが系の熱力学的安定性を決め、最小値付近の放物形の急峻さが系の弾性特性を決める。与えられた材料中の合金元素とその濃度を変化させて特定の特性を向上させるやり方は青銅器時代にさかのぼるが、化学量論組成を固定した準安定原子配置について望ましい特性を系統的に探索することは、材料設計ではごく最近の手段である。今回我々は、4種類の二元合金系の第一原理研究によって、面心立方金属間化合物の弾性特性が特定の規則に従うことを実証している。我々は、面心立方配置空間の非常に大規模なサブセットに関して計算を行った結果をもとに、2つの結論に達した。第一は、剛性と生成熱は負の相関を持ち、すべての濃度についてほぼ一定のスピアマン相関を示すというもの、第二は、固定濃度における準安定配置の平均剛性は、基底状態ライン(0 Kにおける合金の相図)までの距離とともに直線的に低下するというものである。我々は、利用可能な配置空間の中から最適特性を有する新材料を探索するのを単純化するのに、この方法が役立つだろうと期待している。

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