A Yale University és a Los Alamos Nemzeti Laboratórium amerikai fizikusai felfedezték egy speciális fémötvözetet, amelynek tulajdonságai hasonlítanak a szuperfolyadékokra. Ez az anyag egyfajta forgó jég, amelyen belül megjelennek a kvantum-örvények analógai. A tudósok cikkét a Nature Physics folyóiratban tették közzé.
A spin-jég olyan anyag, amelyben a töltött ionok mágneses momentumainak orientációja hasonlít a hidrogénatomok (protonok) elrendezésére a vízjégben. Amikor a víz lefagy, a kristály tetraéderes cellájában az atomok oly módon vannak elrendezve, hogy egy vízmolekula oxigénatomját négy proton veszi körül. Ebben az esetben két proton távolabb van, mint mások, mert két másik vízmolekulához tartoznak. Hasonlóképpen, spin jégben, két ion mágneses momentuma a tetraéder belsejébe, a másik kettő pedig kifelé irányul. A spin jég lényegében apró nanomágnesekből áll.
A fizikusok megvizsgálták a Shakti-rács által alkotott spinjégfajtákat. Ez lehetővé teszi a mágneses momentumok sok ilyen konfigurációját, amelyeken a sejtek kölcsönhatási energiája minimalizálva van. Néhány konfiguráció azonban izgatott állapotban van, és a spin jégben való megjelenése elkerülhetetlen. Ennek eredményeként geometriai frusztráció fordul elő - egy olyan jelenség, amelyben az egész rendszert nem lehet teljesen megfagyasztani (még az abszolút nullánál is), mivel nincs egyetlen alapállapota. Ez a viselkedés az összes spin-jégre jellemző.
A kutatás során a tudósok permalloy, vas és nikkel ötvözetéből (Ni81Fe19) készült spin jég fotoemissziós elektronmikroszkópos vizsgálatot (PEEM) végeztek. A minta röntgensugárral történő besugárzása lehetővé tette a mágneses momentumok változásainak rögzítését, amelyek a csökkenő hőmérséklettel járnak. A centrifugált jégmintát először 290 Kelvin (K) hőmérsékletről 220 K-ra, majd 180 K-ra és annál alacsonyabb hőmérsékletre hűtöttük (1 K -272,15 Celsius foknak felel meg).
Bár a spin jég más típusai alacsony hőmérsékleten újjáépítik rácsukat annak érdekében, hogy elérjék a lehető legalacsonyabb energiaállapotot, kiderült, hogy a Shakti rács "elakad" egy bizonyos szinten. Ez akkor is megtörténik, ha a rendszer nagyszabású átszervezése minimalizálja az energiát. A fizikusok következtetései szerint ez azt jelzi, hogy ennek a spin-jégnek globális topológiai rendje van, és a gerjesztések topológiai szempontból védettek a szóródástól és hosszú ideig fennállnak.
A topológiai szempontból rendezett fázisokat korábban már leírták azoknak a kvantummechanikai rendszereknek, amelyek különböző energiákat vehetnek fel ugyanazon energiával (degenerált állapotok). Más szavakkal, a Shakti-rács stabil gerjesztése bizonyos értelemben a kvantumvortekhez hasonlít a szuperfolyadékokban, amelyek topológiailag védettek is az alapállapotok degenerációja miatt.