材料科学：相変態材料の可逆性向上と特異な微細構造
Nature 502, 7469 doi: 10.1038/nature12532
可逆的な固体–固体マルテンサイト相変態を起こす材料は、医用センサーやアクチュエーター、環境に優しい冷却装置、エネルギー変換デバイスへの応用に好ましい。これらの応用には、特性を損なうことなく相変態を経て2つの相を何度も交互に切り替えできること（「可逆性」と呼ばれる）が非常に重要である。特定の幾何学的適合条件を満たすよう調整された材料は、高い可逆性を示すことが明らかになっており、サイクル中の変態温度のヒステリシスと変化が小さいことから可逆性が高いと判断されている。最近、可逆性を一層高めるために、「余因子条件」と呼ばれるより強い適合条件が理論的に提案されている。今回我々は、余因子条件をよく満たす初のマルテンサイト材料Zn45Au30Cu25の高い可逆性と特異な微細構造について報告する。我々は、この材料について4つの意外な特性を観測している。(1)変態ひずみが8％であるにもかかわらず、16,000回以上の熱サイクル後も変態温度の変化は0.5℃未満である。ちなみに、普及しているNiTi合金は、最初の20サイクルで最高20℃の変態温度の変化を示す。(2)このサイクル中、ヒステリシスは約2℃を維持している。ちなみに、NiTi合金のヒステリシスは最高で70℃である。(3)この合金は、他のマルテンサイト材料では見られない川のような特異なマルテンサイト微細構造を示す。(4)典型的な多結晶マルテンサイト材料とは異なり、連続的な変態サイクルにおいて微細構造が劇的に変化するが、変態温度や潜熱などの巨視的特性は、ほぼ再現性がある。これらの結果から、極めて信頼性の高いマルテンサイト材料を探索する具体的戦略がもたらされることが期待される。
