東京科學大學與名古屋工業大學、高輝度光科學研究所(JASRI)等組成的研究團隊透過將鈣鈦礦結構氧化物—鐵酸鉍(Bismuth Ferrite)中的鉍(Bi)與鐵(Fe)以異種元素置換，成功開發出同時具備「強磁性」與「鐵電性」並在溫度上升時會收縮的「負熱膨脹」材料。研究團隊認為，此項成果可望促進低功耗且可高速存取之磁性記憶體的開發。
兼具磁性與鐵電性的「多鐵性物質(Multiferroics)」，可望作為次世代記憶體元件的候選材料而備受關注。研究團隊此前利用反鐵磁性鐵電體—鐵酸鉍(BiFeO3)將部分鐵以鈷(Co)置換，並證明可用電場反轉磁化方向。然而，由於保磁力偏低，以致磁性資訊的穩定性仍有課題待解決。
另一方面，光通訊與半導體製程等領域所使用的材料往往對於微小的熱膨脹也極為敏感。因此先前已開發出負熱膨脹材料「BiNi1-XFeXO3」，並由日本材料技研以「BNFO」名稱販售。然而，該材料須依賴高壓合成，製程成本偏高。
此次研究團隊採用高壓合成手法，將BiFeO3中A位(A-site)的Bi以鈣(Ca)置換、B位(B-site)的Fe則以釕(Ru)或銥(Ir)等量置換。藉此促使原本的「自旋擺線(Spin Cycloid)」調變結構消失，進而出現自發磁化。與過去以Co取代Fe時相比，新材料的保磁力提升約4倍，預期可顯著改善資料穩定性。
研究團隊也透過大型同步輻射光源設施「SPring-8」進行結晶構造變化的調查。結果顯示，對於體積較小之順電相(Paraelectric Phase)的轉移溫度相較於BiFeO3明顯降低。例如Bi0.85Ca0.15Fe0.85Ir0.15O3在室溫附近即呈現1.77%的體積負熱膨脹。採用鋯(Zr)元素的Bi0.85Ca0.15Fe0.85Zr0.15O3也同樣觀測到負熱膨脹行為。
此外，本次材料的母體化合物BiFeO3能在常壓下合成。研究團隊表示，若進一步改良合成方法，將可望以更低成本製造高性能的負熱膨脹材料。今後研究團隊將利用半導體製造中使用的微細加工技術，著手開發元件的製作。