材料科学：中/高エントロピーナノ合金の三次元原子構造と局所的な化学的秩序
Nature 624, 7992 doi: 10.1038/s41586-023-06785-z
中/高エントロピー合金（M/HEA）は、数種の主要元素をほぼ等原子組成で混合させたものであり、冶金学や触媒などの分野においてこれまでに知られていない材料を設計するためのモデルシフト戦略となっている。M/HEAの中心的仮定の1つが格子ひずみであり、これはさまざまな数値的手法や実験的手法によって調べられてきた。しかし、M/HEAにおける三次元（3D）格子ひずみの決定は、依然として困難である。さらに、M/HEAにおいて推定される無秩序な元素混合は、X線や中性子線による研究、原子論的シミュレーション、エネルギー分散型分光法、電子線回折によって疑問視されており、M/HEAに局所的な化学的秩序が存在すると示唆されている。しかし、エネルギー分散型分光法は晶帯軸方向の原子柱の組成の総和を与え、拡散電子反射は局所的な化学的秩序ではなく面欠陥に由来する可能性があるため、局所的な3D化学的秩序の直接的な実験観察は困難であった。今回我々は、原子電子線トモグラフィーを用いてM/HEAナノ粒子の3D原子位置を決定し、局所的格子ひずみ、ひずみテンソル、双晶境界、転位芯、化学的短距離秩序（CSRO）を定量的に評価した。その結果、高エントロピー合金は、中エントロピー合金より局所的格子ひずみが大きくて不均質ひずみが多く、また、ひずみとCSROが相関していることが見いだされた。我々はさらに、中エントロピー合金においてCSROを介した双晶形成も観察した。これはすなわち、双晶形成はエネルギー的に不利なCSRO領域で起こり、エネルギー的に有利なCSRO領域では起こらないということであり、我々の知る限り、局所的化学的秩序と構造欠陥の相関の、いかなる材料でも初めての実験的観察である。我々は、今回の研究が、この重要な材料種の基本的理解を広げるだけでなく、格子ひずみと局所的化学的秩序の操作を通してM/HEAの特性を目的に合わせて調整するための基盤をもたらすと予想する。
