構造材料：バルク金属ガラスにおけるセラミック様の強度と金属的な靭性

金属とセラミックには対照的な制約があり、金属は強度が低く高温安定性が乏しいのに対し、セラミックは本質的にもろい。高強度、破壊靭性、熱的安定性を兼ね備えた材料は、依然として重要な科学的目標である。今回我々は、この基本的な制約を克服する、Re–Co–Ta–Bバルク金属ガラス（BMG）を報告する。この材料は、約6.43 GPaという著しい破壊強度を達成しつつ、約30 MPa m^1/2という破壊靭性を維持している。この強度値は、BMGと結晶性金属について以前報告された値を上回っており、先端セラミックの強度に迫る一方、靭性は先端セラミックの値をはるかに上回っている。こうした合金は、熱軟化や過酷な環境に対して顕著な耐性を示し、900 Kにおいて、酸化と腐食がほとんどないまま、4.4 GPaという強度を保持している。シンクロトロン測定と収差補正顕微鏡法によって、これらの特性の起源が、Re₇B₃金属間相から結晶のような高度な短距離秩序を受け継いだ、独特なアモルファス（非晶質）構造であることが明らかになった。第一原理計算によって、この原子骨格が、金属マトリックスに組み込まれた指向性を持つRe–B共有結合によって強化されていることが示され、これによってセラミックの結合と金属の結合が結び付けられた。今回の成果は、これまで実現できなかった特性を併せ持つ次世代非晶質材料を設計するための指針として、「構造の伝承」という概念を提示するものである。

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