东京理科大学的研究团队在新型多铁性材料领域取得重要进展，有望推动下一代低功耗存储设备的开发。多铁性材料兼具电容器的电荷储存能力和磁体特性，其中铋铁氧体是研究最为深入的材料之一。当施加外部电压时，其电极化方向可以翻转并影响磁性，这种独特的耦合作用使其成为低功耗存储材料的理想候选。该研究成果已发表于《美国化学会志》。

传统铋铁氧体存在一个挑战：内部铁离子形成的微观磁体以波浪状模式旋转，导致磁矩相互抵消，难以从外部观察到整体磁性。先前研究表明用钴取代部分铁可在室温下产生弱磁性，但磁性仍然较弱且易受干扰。为了克服这些局限性，由东正树教授领导的研究团队重新审视元素替代策略，在实验结果和理论预测指导下，选择用钌和铱等较重元素取代部分铁，同时用钙离子取代部分铋离子以保持电荷平衡。

经过精心设计，材料内部的微小磁体呈现出清晰的磁状态，可从外部检测。含钌或铱材料的磁稳定性比早期钴取代材料高出约四倍，这种稳定性对于需要在较长时间内可靠保存信息的下一代存储器件至关重要。研究人员还发现一种意外特性：这种材料在加热时会略微收缩，即负热膨胀现象，这与传统材料不同。这种性质可在精密仪器中发挥重要作用，抑制温度变化引起的应变和性能退化。

东正树教授表示，材料的性能会随着组成元素的替换方式而发生巨大变化，基于预测精心设计元素组合与认识到意外结果同样重要。这些发现为利用电压写入信息、磁场读取信息的存储器件开辟了新可能性，有望实现低功耗、高效率的存储器件。该研究团队此前致力于开发和商业化具有负热膨胀的材料，希望这种新设计的材料未来也能走向实际应用。

出版详情：作者：Kano Hatayama等人，标题：《A位和B位取代铋铁氧体中倾斜自旋弱铁磁性和负热膨胀的实现》，发表于：《美国化学会志》 (2025)。期刊信息：《美国化学会志》