Uma equipe de pesquisa do Centro de Ciências de Tóquio, no Japão, relatou recentemente um novo método para introduzir ferromagnetismo à temperatura ambiente e observar expansão térmica negativa na ferrita de bismuto, um material multiferroico. Este método altera a estrutura de spin por meio da substituição dupla de cátions nos sítios de bismuto e ferro, obtendo-se assim as propriedades magnéticas e térmicas desejadas. Espera-se que esta pesquisa forneça uma nova base material para o desenvolvimento de dispositivos de memória de próxima geração.

A ferrita de bismuto é um material multiferroico que exibe tanto ferroeletricidade quanto antiferromagnetismo à temperatura ambiente, mas sua estrutura de spin helicoidal natural cancela a magnetização líquida, limitando sua aplicação em dispositivos magnéticos. A equipe de pesquisa empregou uma estratégia de dupla substituição: substituindo alguns íons de ferro por metais de transição 4d/5d com acoplamento spin-órbita mais forte, enquanto simultaneamente introduzia íons de cálcio para substituir alguns íons de bismuto, a fim de manter o equilíbrio de cargas. Esta pesquisa, liderada pelo Professor Masaki Higashi do Centro de Ciências de Tóquio e pesquisadores da Sumitomo Chemical Co., Ltd., foi publicada online no *Journal of the American Chemical Society* em 28 de novembro de 2025.

Masaki Tung explicou: "Descobrimos que a substituição simultânea de ferro por rutênio ou irídio e de bismuto por cálcio pode suprimir a modulação helicoidal e produzir ferromagnetismo fraco inclinado à temperatura ambiente, mantendo uma estrutura cristalina polar." O composto preparado experimentalmente exibe ferromagnetismo significativo à temperatura ambiente, com coercividade quase quatro vezes maior do que as amostras anteriores com substituição de cobalto, o que é benéfico para a estabilidade do armazenamento de informações em futuras memórias multiferroicas.

Além disso, a dupla substituição altera significativamente o comportamento térmico do material. O estudo constatou que esse método pode reduzir a temperatura na qual o material perde sua ferroeletricidade e induzir expansão térmica negativa próxima à temperatura ambiente, ou seja, contração de volume quando aquecido. Um componente específico apresentou uma taxa de contração volumétrica de aproximadamente 1,77% na faixa de temperatura de 6 °C a 147 °C. Essa propriedade tem potencial para aplicações no controle de problemas causados ​​pela incompatibilidade dos coeficientes de expansão térmica de diferentes materiais em componentes eletrônicos.

Esses resultados de pesquisa demonstram que, por meio da seleção criteriosa da combinação de íons substituintes, a estrutura de spin e o comportamento térmico de óxidos de perovskita podem ser controlados de forma eficaz, oferecendo uma nova abordagem para o desenvolvimento de plataformas de materiais multifuncionais que combinam acoplamento magnetoelétrico e controle da expansão térmica. Masaki Higashi afirmou: "Essas descobertas abrem novos caminhos para o desenvolvimento de materiais multifuncionais que combinam acoplamento magnetoelétrico e controle da expansão térmica, e oferecem potencial para futuras tecnologias de armazenamento e aplicações estruturais avançadas."