Forskare från Boston College och Harvard har skapat ett svårfångat bikakestrukturerat material som kan frustrera de magnetiska egenskaperna i det för att producera en kemisk enhet känd som "spinvätska, " länge teoretiserat som en inkörsport till kvantberäkningens fritt flytande egenskaper, enligt en ny rapport i Journal of the American Chemical Society .

Den första i sitt slag koppariridatmetalloxid - Cu2IrO3 - är en där den naturliga magnetiska ordningen störs, ett tillstånd som kallas geometrisk frustration, sa Boston College biträdande professor i fysik Fazel Tafti, en huvudförfattare till studien, med titeln Cu2IrO3:en ny magnetiskt frustrerad bikake-iridat.

Koppariridatet är en isolator - dess elektroner är immobiliserade i det fasta ämnet - men de kan fortfarande transportera ett magnetiskt moment som kallas "spin". Transporten av gratissnurr i materialet möjliggör ett flöde av kvantinformation.

Kitaev-modellen, föreslog 2006 av Cal Tech professor i fysik Alexei Kitaev, anger att en hexagonal bikakestruktur erbjöd en lovande väg till geometrisk frustration och därför till quantum spin vätska.

Endast två honeycomb-gitter har framgångsrikt utvecklats i ett försök att uppfylla Kitaevs modell:ett litiumiridat (Li2IrO3) och ett natriumiridat (Na2IrO3). Ändå lyckades båda inte uppnå en idealisk spinnvätska på grund av magnetisk ordning, sa Tafti, som skrev uppsatsen tillsammans med Boston College postdoktorala forskare Mykola Abramchuk och Jason W. Krizan, BC Adjungerad professor i kemi och chef för Advanced Chemistry Laboratories Kenneth R. Metz, och Harvards David C. Bell och Cigdem Ozsoy-Keskinbora.

Tafti och hans team vände sig till koppar på grund av dess idealiska atomstorlek, som är mellan litium och natrium. Deras studier inom röntgenkristallografi fann subtila brister i de bikakor som bildas i litium- och natriumiridaten. Teamet bytte koppar mot natrium i vad Tafti kallade en relativt enkel "utbytesreaktion". Ansträngningen producerade den första oxiden av koppar och iridium, sa Tafti.

"Koppar är idealiskt lämpad för bikakestrukturen, " sa Tafti. "Det finns nästan ingen förvrängning i bikakestrukturen."

Ett decennium efter Kitaevs ursprungliga förutsägelse av kvantspinnvätska på ett bikakegaller, det unga teamet av forskare från Boston College lyckades göra ett material som nästan exakt motsvarar Kitaev-modellen, sa Tafti.

Taftis labb kommer att följa "utbytes"-kemivägen för att göra nya former av bikakematerial med mer exotiska magnetiska egenskaper, han sa.