Onderzoekers van Boston College en Harvard hebben een ongrijpbaar materiaal met honingraatstructuur gemaakt dat de magnetische eigenschappen erin kan frustreren om een ​​chemische entiteit te produceren die bekend staat als "spinvloeistof, " lang getheoretiseerd als een toegangspoort tot de vrij stromende eigenschappen van kwantumcomputers, volgens een nieuw rapport in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Het eerste in zijn soort koperiridaatmetaaloxide - Cu2IrO3 - is er een waar de natuurlijke magnetische orde wordt verstoord, een toestand die bekend staat als geometrische frustratie, zei Boston College universitair docent natuurkunde Fazel Tafti, een hoofdauteur van de studie, getiteld Cu2IrO3:een nieuw magnetisch gefrustreerd honingraatiridaat.

Het koperiridaat is een isolator - de elektronen zijn geïmmobiliseerd in de vaste stof - maar ze kunnen nog steeds een magnetisch moment transporteren dat bekend staat als "spin". Het transport van vrije spins in het materiaal zorgt voor een stroom van kwantuminformatie.

Het Kitaev-model, voorgesteld in 2006 door Cal Tech Professor of Physics Alexei Kitaev, stelt dat een zeshoekige honingraatstructuur een veelbelovende route naar geometrische frustratie bood en daarom, tot kwantumspinvloeistof.

Slechts twee honingraatroosters zijn met succes ontwikkeld in een poging om het model van Kitaev te vervullen:een lithiumiridaat (Li2IrO3) en een natriumiridaat (Na2IrO3). Toch slaagden beide er niet in om een ​​ideale spinvloeistof te bereiken vanwege magnetische ordening, zei Tafti, die samen met de postdoctorale onderzoekers Mykola Abramchuk en Jason W. Krizan van Boston College het artikel schreef, BC Adjunct-hoogleraar chemie en directeur van Advanced Chemistry Laboratories Kenneth R. Metz, en David C. Bell en Cigdem Ozsoy-Keskinbora van Harvard.

Tafti en zijn team wendden zich tot koper vanwege de ideale atomaire grootte, wat tussen lithium en natrium in zit. Hun studies in röntgenkristallografie vonden subtiele gebreken in de honingraten gevormd in de lithium- en natriumiridaten. Het team verruilde koper voor natrium in wat Tafti een relatief eenvoudige "uitwisselingsreactie" noemde. De inspanning leverde het eerste oxide van koper en iridium op, zei Tafti.

"Koper is bij uitstek geschikt voor de honingraatstructuur, "zei Tafti. "Er is bijna geen vervorming in de honingraatstructuur."

Een decennium na de oorspronkelijke voorspelling van kwantumspinvloeistof op een honingraatrooster door Kitaev, het jonge team van wetenschappers van Boston College is erin geslaagd een materiaal te maken dat bijna exact overeenkomt met het Kitaev-model, zei Tafti.

Tafti's lab zal het scheikundige pad van "uitwisseling" volgen om nieuwe vormen van honingraatmaterialen te maken met meer exotische magnetische eigenschappen, hij zei.