複数元素置換で鉄酸ビスマスに新しい機能を付与

～コンデンサーと磁石の性質に加え、室温での負熱膨張を発現～

2025（令和7）年11月28日
東京科学大学
神奈川県立産業技術総合研究所
名古屋工業大学
高輝度光科学研究センター
京都大学
科学技術振興機構（JST）

発表のポイント

ペロブスカイト型酸化物鉄酸ビスマスのビスマス・鉄の両方を異種元素で置換。
強誘電性と強磁性が共存するため、低消費電力の次世代磁気メモリへの応用に期待。
温めると縮む、負熱膨張も発現。

東京科学大学（Science Tokyo） 物質理工学院 材料系の畑山 華野 大学院生、三宅 潤 大学院生、総合研究院の東 正樹 教授、西久保 匠 特定助教（兼 神奈川県立産業技術総合研究所 常勤研究員）、重松 圭 助教らの研究グループは、ペロブスカイト型酸化物ビスマスフェライト（BiFeO3）のビスマスをカルシウムで、鉄をルテニウムやイリジウムで置換すること、スピンの並び方が変化して強磁性と強誘電性が共存することを明らかにしました。さらに、強誘電相から体積の小さい常誘電相への転移温度が劇的に低下し、室温近傍の温度で負熱膨張が生じることも見いだしました。
今回開発した物質は強磁性と強誘電性が相関することから、新しい原理に基づく、低消費電力かつ高速アクセスの次世代磁気メモリ開発につながると期待されます。また、熱膨張が引き起こす位置ずれや異種材料接合界面の剥離といった問題の解決につながる負熱膨張材料としての利用も期待されます。
本研究には、東京科学大学（Science Tokyo） 物質理工学院 材料系の小野 大樹 大学院生（研究当時）、塩野 裕介 大学院生、若崎 翔吾 大学院生、総合研究院のLee Koomok（イ・クモク） 日本学術振興会 外国人特別研究員、Hena Das（ヘナ・ダス） 特任准教授（兼 神奈川県立産業技術総合研究所 常勤研究員）、山本 隆文 特定教授（兼 京都大学 大学院理学研究科 教授）、名古屋工業大学の尾上 智子 派遣職員、物理工学類の壬生 攻 教授、高輝度光科学研究センターの河口 彰吾 主幹研究員が参加しました。
本研究成果は、2025年11月28日付（現地時間）の「Journal of the American Chemical Society」に掲載されました。
本研究の一部は、JST 戦略的創造研究推進事業 CREST「非晶質前駆体を用いた高機能性ペロブスカイト関連化合物の開発（研究代表者：東 正樹 東京科学大学 教授、課題番号：JPMJCR22O1）」、神奈川県立産業技術総合研究所 実用化実証事業｢次世代半導体用エコマテリアルグループ（東 正樹 グループリーダー）｣、日本学術振興会 科学研究費助成事業（課題番号：JP23KJ0919、JP24K17509、JP24H00374）、国際・産学連携インヴァースイノベーション材料創出プロジェクトなどの支援のもと、住友化学次世代環境デバイス協働研究拠点において実施されました。

＜プレスリリース資料＞

本文　PDF（1.51MB）

＜論文タイトル＞

“Achieving Canted-spin Weak Ferromagnetism and Negative Thermal Expansion in A- and B-site Substituted Bismuth Ferrite”

DOI：10.1021/jacs.5c12255

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