元素で遊ぶ：ハイエントロピー合金に焦点を当てて

材料世界の多様性は、100種類以上の化学元素を基盤として構築される、組成および原子配置の無数の組み合わせによって生み出されている。ハイエントロピー合金（HEA）は、複数の主要元素を比較的大きな割合で混合することにより形成される新しい材料群である。このような元素の取り扱いに関する従来とは異なる設計パラダイムは、多様な特異な物性をもたらし、活発な研究分野の急速な発展を引き起こしている。

本講演では、まず2種類の五元系HEA、すなわちカントール合金 FeCoNiCrMn と、Mn を意図的に Pd に置換して合成した FeCoNiCrPd を出発点とする一連の研究を紹介する。後者は、元のカントール合金よりも著しく高い強度を示す材料である。第一原理計算（DFT）を用いることで、Pd 置換による機械的特性向上のメカニズムを解明するとともに、Pd 含有 HEA における原子分率の大きな揺らぎの起源を説明した。さらに本研究をさまざまなカントール系派生合金へと拡張し、いくつかの興味深い物理現象の起源を明らかにした。例えば、既知の HEA の中で記録的に高い磁気モーメントを示す四元合金系や、部分的な化学的不規則性が相変態挙動に重要な役割を果たす六元系合金などが挙げられる。また並行して、本研究過程で蓄積された 1,000 件以上の DFT データを機械学習と組み合わせることで、優れた物性を有する新たなカントール系派生組成を複数予測した。さらに、DFT データの範囲を超えたより広い組成空間を探索するため、生成 AI（GAN）によるデータ拡張と、物理ベース手法であるクラスター展開（CE）を併用した。これらの研究は、ハイエントロピー合金の物理的理解を深化させるとともに、多主元素材料の高速探索・設計に向けた新しいアプローチを提示するものである。