メニュー 言語 English
Close

複数元素置換で鉄酸ビスマスに新しい機能を付与 ―コンデンサと磁石の性質に加え、室温での負熱膨張を発現―

News&Topics

カテゴリ：プレスリリース｜2025年11月28日掲載

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）

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。

概要

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、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らの研究グループは、ペロブスカイト型（用語1）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（用語2）と強誘電性（用語3）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（用語4）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。

　
本研究成果は、11月28日付（現地時間）の「Journal of the American Chemical Society」に掲載されます。

1128press_mibu.jpg

図1：鉄酸ビスマス（左）と、A-Bサイト元素置換鉄酸ビスマス（右）の磁気構造の模式図。鉄酸ビスマスでは右に進むにつれてスピンの方向が一回転するサイクロイド変調があるため、スピンの磁化は打ち消し合い自発磁化は現れない。一方、元素置換鉄酸ビスマスではスピンが傾斜しているため、磁化は打ち消し合わずに電気分極に直交した自発磁化が現れる。

▶詳細（プレスリリース本文）はこちら

論文情報

掲載誌：Journal of the American Chemical Society
論文タイトル：Achieving Canted-spin Weak Ferromagnetism and Negative Thermal Expansion in A- and B-site Substituted Bismuth Ferrite
著者： Kano Hatayama, Jun Miyake, Daiki Ono, Yusuke Shiono, Takumi Nishikubo, Koomok Lee, Shogo Wakazaki, Hena Das, Kei Shigematsu, Tomoko Onoue, Ko Mibu, Shogo Kawaguchi, Takafumi Yamamoto and Masaki Azuma
DOI：10.1021/jacs.5c12255

付記

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）」、地方独立行政法人 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。

用語説明

（1）ペロブスカイト型：一般式ABO3で表される元素組成を持つ、金属酸化物の代表的な結晶構造。
（2）強磁性：磁場を印加されていない状態でも磁化を持ち、かつ外部磁場の向きに応じて磁化の向きを可逆的に反転できる性質のこと。
（3）強誘電性：電界（電圧を、その電圧が印加されている試料の厚みで割ったもの）を印加されていない状態でも電気分極（物質中で陽イオンと陰イオンの重心がずれていることから生じる、電荷の偏り）を持ち、かつ外部電界の向きに応じて電気分極の向きを可逆的に反転できる性質のことを強誘電性と呼ぶ。
（4）負熱膨張：通常の物質は温めると体積や長さが増大する、正の熱膨張を示す。しかし、一部の物質は温めることで可逆的に収縮する。こうした性質を負の熱膨張と呼び、ゼロ熱膨張材料を開発する上で重要である。

お問い合わせ先

（研究に関すること）
東京科学大学 総合研究院
自律システム材料学研究センター／フロンティア材料研究所　教授
東 正樹
Email：mazuma[at]msl.iir.isct.ac.jp
TEL／FAX：045-924-5315

神奈川県立産業技術総合研究所 次世代半導体用エコマテリアルグループ　常勤研究員
西久保 匠
Email：tnishikubo[at]msl.titech.ac.jp
TEL：045-924-5342　FAX：045-924-5318

名古屋工業大学 物理工学類　教授
壬生 攻
Email：k_mibu[at]nitech.ac.jp
TEL：052-735-7904

高輝度光科学研究センター 回折・散乱推進室　主幹研究員
河口 彰吾
Email：kawaguchi[at]spring8.or.jp
TEL：050-3502-3683

京都大学 大学院理学研究科　教授
山本 隆文
Email：yama[at]kuchem.kyoto-u.ac.jp
TEL：075-753-3990

（KISTEC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」に関すること）
地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所 研究開発部
Email：rep-kenkyu[at]kistec.jp
TEL：044-819-2034

（JST事業に関すること）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
安藤 裕輔
Email：crest[at]jst.go.jp
TEL：03-3512-3531　FAX：03-3222-2066

（広報に関すること）
東京科学大学 総務企画部 広報課 
取材申し込みページ：https://www.isct.ac.jp/ja/001/media 
Email：media[at]adm.isct.ac.jp
TEL：03-5734-2975　FAX：03-5734-3661

高輝度光科学研究センター 利用推進部 普及情報課
Email：kouhou[at]spring8.or.jp
TEL：0791-58-2785

名古屋工業大学 企画広報課
Email：pr[at]adm.nitech.ac.jp
TEL：052-735-5647

京都大学 広報室 国際広報班
Email：comms[at]mail2.adm.kyoto-u.ac.jp
TEL：075-753-5729　FAX：075-753-2094

科学技術振興機構 広報課
Email：jstkoho[at]jst.go.jp
TEL：03-5214-8404　FAX：03-5214-8432

＊それぞれ[at]を@に置換してください。

ニュース一覧へ戻る