材料科学：セラミックスの爆発的崩壊とウィーピング

結晶格子パラメーターを系統的に調整して異なる相の間の運動学的整合性（kinematic compatibility）を向上させることは、固体–固体相転移の可逆性を高め、ヒステリシスを小さくするための広範に効果的な戦略である（運動学的整合とは相間の適合を指す）。今回我々は、ほぼ完全な運動学的整合に調整すると不可逆性の度合いが異常に高くなるという、一見矛盾した例を提示する。具体的には、運動学的に整合したセラミックス(Zr/Hf)O₂(YNb)O₄を、正方晶から単斜晶への相転移を通して冷却すると、多結晶が粒界でゆっくり着実に崩壊する［我々はこの過程を「ウィーピング（weeping）」と呼ぶ］か、爆発的に崩壊することすらある。一方、格子パラメーターを調整して、試料形状をさらに考慮したより強い「等距離」条件を満たすようにすると、得られた材料は、ヒステリシスの小さい可逆的な挙動を示した。これらの結果は、化学的に均質なセラミックス系では、予想外の方法で整合性条件を操作することによって、可逆的挙動という一方の極端から、爆発的挙動というもう一方の極端まで、挙動の多様性が可能になることを示している。この概念は、現在の形状記憶酸化物セラミックスの探索において、極めて重要になる可能性がある。

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