材料科学：マルチモードモデリングによって設計された低ヒステリシス形状記憶セラミックス

ジルコニアセラミックスは、10％オーダーの大きなひずみを可能にするマルテンサイト相変態を示すため、高温での形状記憶や超弾性への応用が見込まれる。この変態ひずみは、他のマルテンサイト材料と同様に入念な合金化によって操作でき、ヒステリシス（加熱時と冷却時の変態温度の差）がより小さく整合性がより高い変態を生み出すことができる。しかし、ジルコニアにおけるそうした「格子エンジニアリング」は、さらなる物理的制約によって複雑になる。大きな変態体積変化を管理し、速度論的障壁を回避できるほど十分高い変態温度を達成する、二次的な必要性があるのである。今回我々は、マルテンサイトを設計する格子エンジニアリング法を拡張して、こうした追加的制約に対処する方法を提示し、現代の計算熱力学とデータサイエンスツールを統合して、データがまだ存在しない複雑な多成分空間に及ぶようにした。その結果、典型値と比較して約10分の1（これまで報告された最良値の約5分の1）の変態ヒステリシスである、15 Kという過去最低のヒステリシスを示す新しいジルコニア組成が得られた。今回の知見は、ジルコニアセラミックスのヒステリシス値が、広く展開されている形状記憶合金のヒステリシス値のオーダーになり得ることを実証しており、実現可能な高温形状記憶材料としての使用への道を開く。

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