Amerikanske fysikere fra Yale University og Los Alamos National Laboratory har oppdaget en spesiell metalllegering, hvis egenskaper ligner overflødig væske. Dette stoffet er en slags spinnis, der analoger av kvantehvirvler vises. Artikkelen til forskere ble publisert i tidsskriftet Nature Physics.
Spinnis er et stoff der orienteringen til de magnetiske momentene til ladede ioner ligner arrangementet av hydrogenatomer (protoner) i vannis. Når vann fryser, er atomene inne i den tetraedrale cellen i krystallen ordnet på en slik måte at oksygenatomet i ett vannmolekyl er omgitt av fire protoner. I dette tilfellet er to protoner lenger enn andre, fordi de tilhører to andre vannmolekyler. Tilsvarende, i spinnis, er de magnetiske momentene til to ioner rettet innover tetrahedronen, og de andre to - utover. I hovedsak består spin is av bittesmå nanomagneter.
Fysikere har studert en type spinnis dannet av Shakti-gitteret. Det tillater mange slike konfigurasjoner av magnetiske momenter der interaksjonsenergien i cellene minimeres. Noen av konfigurasjonene er imidlertid i en begeistret tilstand, og deres utseende i spinnis er uunngåelig. Som et resultat oppstår geometrisk frustrasjon - et fenomen der hele systemet ikke kan fryses fullstendig (selv med absolutt null), siden det ikke har en eneste grunntilstand. Denne oppførselen er typisk for alle spinnis.
Under studien utførte forskerne spin is-fotoemisjonselektronmikroskopi (PEEM) laget av permalloy, en legering av jern og nikkel (Ni81Fe19). Bestråling av prøven med røntgenbilder gjorde det mulig å registrere endringer i magnetiske momenter som oppstår med synkende temperatur. Spinnisprøven ble først avkjølt fra 290 Kelvin (K) til 220 K, og deretter til 180 K og under (1 K tilsvarer -272,15 grader Celsius).
Selv om andre typer spinnis gjenoppbygger gitterene sine med synkende temperatur for å nå lavest mulig energitilstand, viste det seg at Shakti-gitteret "setter seg fast" på et visst nivå. Dette skjer selv om en storstilt omstrukturering av systemet kan minimere energien. I følge konklusjonene fra fysikere indikerer dette at denne spinnisen har en global topologisk orden, og eksitasjoner er topologisk beskyttet mot spredning og vedvarer i lang tid.
Topologisk ordnede faser er tidligere beskrevet for kvantemekaniske systemer som kan ta på seg forskjellige tilstander med samme energi (degenererte tilstander). Med andre ord, stabile eksitasjoner i Shakti-gitteret ligner på en måte kvantehvirvler i superfluider, som også er topologisk beskyttet på grunn av degenerasjonen i grunnstatene.
