Americkí fyzici z Yale University a Los Alamos National Laboratory objavili špeciálnu kovovú zliatinu, ktorej vlastnosti sa podobajú superfluidom. Táto látka je druh rotujúceho ľadu, v ktorom sa objavujú analógy kvantových vírov. Článok vedcov bol publikovaný v časopise Nature Physics.
Spinový ľad je látka, v ktorej sa orientácia magnetických momentov nabitých iónov podobá usporiadaniu atómov vodíka (protónov) vo vodnom ľade. Keď voda zamrzne, atómy vo vnútri tetrahedrálnej bunky kryštálu sú usporiadané tak, že atóm kyslíka jednej molekuly vody je obklopený štyrmi protónmi. V tomto prípade sú dva protóny ďalej ako iné, pretože patria do dvoch ďalších molekúl vody. Podobne v rotujúcom ľade sú magnetické momenty dvoch iónov nasmerované dovnútra tetraedrónu a ostatné dva - smerom von. V podstate sa spinový ľad skladá z malých nanomagnetov.
Fyzici študovali druh rotujúceho ľadu tvoreného mriežkou Shakti. Umožňuje mnoho takýchto konfigurácií magnetických momentov, pri ktorých je minimalizovaná interakčná energia v bunkách. Niektoré z konfigurácií sú však v vzrušenom stave a ich vzhľad v rotujúcom ľade je nevyhnutný. Výsledkom je geometrická frustrácia - jav, v ktorom celý systém nemôže byť úplne zamrznutý (dokonca aj v absolútnej nule), pretože nemá jediný základný stav. Toto správanie je typické pre všetky spinové zmrzliny.
Počas štúdie vedci vykonali mikroskopickú fotoemisnú elektrónovú mikroskopiu (PEEM), ktorá bola vyrobená z permalloy, zliatiny železa a niklu (Ni81Fe19). Ožarovanie vzorky röntgenovými lúčmi umožnilo zaznamenávať zmeny magnetických momentov, ktoré sa vyskytujú so znižujúcou sa teplotou. Vzorka odstredivého ľadu sa najskôr ochladila z 290 kelvinov (K) na 220 k, a potom na 180 K a nižšie (1 K zodpovedá -272,15 stupňov Celzia).
Aj keď iné druhy rotujúceho ľadu prestavujú svoje mriežky so znižujúcou sa teplotou, aby dosiahli najnižšiu možnú energetickú úroveň, ukázalo sa, že mriežka Shakti „uviazla“na určitej úrovni. Stáva sa to aj vtedy, ak by rozsiahla reštrukturalizácia systému mohla minimalizovať energiu. Podľa záverov fyzikov to naznačuje, že tento rotujúci ľad má globálne topologické usporiadanie a excitácie sú topologicky chránené pred rozptylom a pretrvávajú dlho.
Topologicky usporiadané fázy už boli opísané pre kvantové mechanické systémy, ktoré môžu prijímať rôzne stavy s rovnakou energiou (degenerované stavy). Inými slovami, stabilné excitácie v mreži Šakti v istom zmysle pripomínajú kvantové víry v superfluidoch, ktoré sú tiež topologicky chránené v dôsledku degenerácie základných stavov.