Američki fizičari sa Sveučilišta Yale i Nacionalnog laboratorija u Los Alamosu otkrili su posebnu leguru metala, čija svojstva nalikuju superfluidima. Ova tvar je vrsta vrtložnog leda, unutar kojeg se pojavljuju analozi kvantnih vrtloga. Članak znanstvenika objavljen je u časopisu Nature Physics.
Spin led tvar je u kojoj orijentacija magnetskih trenutaka nabijenih iona nalikuje rasporedu vodikovih atoma (protona) u vodenom ledu. Kad se voda smrzne, atomi unutar tetraedarske ćelije kristala su raspoređeni na način da je atom kisika iz jedne molekule vode okružen sa četiri protona. U ovom su slučaju dva protona udaljenija od ostalih, jer pripadaju dvije druge molekule vode. Slično tome, u spin ledu, magnetski momenti dvaju iona usmjereni su prema tetraedru, a druga dva - prema van. U biti, spin led se sastoji od sićušnih nanomagneta.
Fizičari su proučavali vrstu vrtložnog leda formiranog rešetkom Shakti. Omogućuje mnoge takve konfiguracije magnetskih trenutaka kod kojih je energija interakcije u stanicama svedena na minimum. Međutim, neke su konfiguracije u uzbuđenom stanju i njihovo pojavljivanje u zavojitom ledu je neizbježno. Kao rezultat toga, dolazi do geometrijske frustracije - pojave u kojoj cijeli sustav ne može biti potpuno smrznut (čak ni pri apsolutnoj nuli), jer nema niti jedno osnovno stanje. Ovo je ponašanje tipično za sve spinove.
Tijekom studije, znanstvenici su obavili fotoelemijsku elektronsku mikroskopiju s ledenim ledom (PEEM) izrađenu od permalloya, legure željeza i nikla (Ni81Fe19). Zračenje uzorka s X-zrakama omogućilo je bilježenje promjena u magnetskim trenucima koji se javljaju s padom temperature. Uzorak centrifugiranog leda prvo je ohlađen sa 290 Kelvina (K) na 220 K, a zatim na 180 K i niže (1 K odgovara na -272,15 stupnjeva Celzija).
Iako druge vrste vrtložnog leda obnavljaju svoje rešetke s smanjenjem temperature kako bi dostigle najniže moguće energetsko stanje, pokazalo se da se rešetke Shakti "zaglave" na određenoj razini. To se događa čak i ako bi veliko restrukturiranje sustava moglo minimalizirati energiju. Prema zaključcima fizičara, to ukazuje da ovaj zavojni led ima globalni topološki poredak, a uzbuđenja su topološki zaštićena od raspršivanja i traju dugo vremena.
Topološki poredane faze prethodno su opisane za kvantne mehaničke sustave koji mogu poprimiti različita stanja s istom energijom (degenerirana stanja). Drugim riječima, stabilna pobuda u rešetki Shakti u izvjesnom smislu nalikuje kvantnim vrtlozima u superfluidima, koji su također topološki zaštićeni zbog degeneracije prizemnih stanja.