Fisikawan Amerika dari Universitas Yale dan Laboratorium Nasional Los Alamos telah menemukan paduan logam khusus, yang sifatnya menyerupai cairan super. Zat ini adalah semacam spin ice, di dalamnya analog vortisitas kuantum muncul. Artikel ilmuwan dipublikasikan di jurnal Nature Physics.
Spin ice merupakan suatu zat yang orientasi momen magnetik ion bermuatan menyerupai susunan atom hidrogen (proton) dalam air es. Ketika air membeku, atom-atom di dalam sel tetrahedral kristal tersusun sedemikian rupa sehingga atom oksigen dari satu molekul air dikelilingi oleh empat proton. Dalam hal ini, dua proton lebih jauh dari yang lain, karena mereka termasuk dalam dua molekul air lainnya. Demikian pula, dalam spin ice, momen magnet dua ion diarahkan ke dalam tetrahedron, dan dua lainnya - ke luar. Intinya, spin ice terdiri dari nanomagnet kecil.
Fisikawan telah mempelajari sejenis spin ice yang dibentuk oleh kisi Shakti. Ini memungkinkan banyak konfigurasi momen magnet di mana energi interaksi dalam sel diminimalkan. Namun, beberapa konfigurasi berada dalam keadaan tereksitasi dan kemunculannya di spin ice tidak bisa dihindari. Akibatnya, terjadi frustrasi geometris - sebuah fenomena di mana seluruh sistem tidak dapat sepenuhnya dibekukan (bahkan pada nol mutlak), karena tidak memiliki satu keadaan basa. Perilaku ini khas untuk semua es spin.
Selama penelitian, para ilmuwan melakukan spin ice photoemission electron microscopy (PEEM) yang terbuat dari permalloy, paduan besi dan nikel (Ni81Fe19). Iradiasi sampel dengan sinar-X memungkinkan untuk merekam perubahan momen magnet yang terjadi dengan penurunan suhu. Sampel spin ice pertama kali didinginkan dari 290 Kelvin (K) menjadi 220 K, lalu ke 180 K dan di bawahnya (1 K sama dengan -272,15 derajat Celcius).
Meskipun jenis spin ice lainnya membangun kembali kisi-kisi mereka dengan penurunan suhu untuk mencapai tingkat energi serendah mungkin, ternyata kisi Shakti "macet" pada tingkat tertentu. Hal ini terjadi bahkan jika restrukturisasi sistem dalam skala besar dapat meminimalkan energi. Menurut kesimpulan fisikawan, hal ini menunjukkan bahwa spin ice ini memiliki tatanan topologi global, dan eksitasi dilindungi secara topologis dari hamburan dan bertahan untuk waktu yang lama.
Fase yang disusun secara topologis sebelumnya telah dijelaskan untuk sistem mekanika kuantum yang dapat mengambil status berbeda dengan energi yang sama (status degenerasi). Dengan kata lain, eksitasi stabil dalam kisi Shakti dalam arti mirip pusaran kuantum di superfluida, yang juga terlindungi secara topologis karena degenerasi kondisi dasar.
