Fizikçiler, yapısal düzeni, standart termodinamik teoriden daha çok kuantum mekaniği ile daha uyumlu kurallara göre işleyen yeni bir madde halini tanımladılar. Yapay “spin ice” (Spin ice/Spin buz, tek bir minimal enerji durumuna sahip olmayan bir maddedir. "Spin" serbestlik derecesine sahiptir, yani tamamen donmasını engelleyen sinirli etkileşimlere sahip bir mıknatısdır. Spin buz düşük sıcaklık özelliklerini, özellikle de kristalli su buzu ile yakından ilişkili rezidüel entropiyi gösterir. Bu özelliklere sahip en önemli bileşikler, disprosiyum titanat ve holmiyum titanattır. Bir spin buzunun manyetik sırası, geleneksel su buzundaki hidrojen atomlarının konumsal düzenini andırmaktadır.) denen klasik bir malzemede, Belirli aşamalarda düzensiz görünen malzeme aslında "topolojik" formda düzenli yapıdadır.

     Los Alamos Ulusal Laboratuvarı fizikçi Cristiano Nisoli; “Araştırmamız, ilk kez, yapay “spin ice” gibi klasik sistemlerin, daha önce sadece kuantum koşullarında bulunan topolojik aşamaların düzenini ortaya koymak için tasarlanabileceğini göstermektedir,” dedi.

     Cristiano Nisoli; “Fizikçiler, genellikle maddeleri sınıflandırırken kristal gibi düzenli, gazlar gibi düzensizliklerine bakarak yaparlar,” dedi.

     Deney grubuyla işbirliği yapan teorik grubun lideri Peter Schiffer; “Bu topolojik etkilerin yapay bir “spin ice” sistemine dönüştürülebileceğinin gösterilmesi, çok çeşitli olası yeni çalışmaların kapılarını açıyor,” dedi.

     Yeni araştırmada ekip, “Shakti spin ice” denen özel bir yapay “spin ice” geometrisini keşfetti. Bu maddeler teorik olarak tasarlanmış olsa da, bu kez, ilginç ve denge dışı özelliklerinin keşfi deneylerden teoriye doğru ilerlemiştir.

     Schiffer'ın ekibi ABD Enerji Bakanlığı'nın Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nda, Fotoemisyon elektron mikroskopisi karakterizasyonu gerçekleştirilmesi şaşırtıcı bir şey olduğunu ortaya koydu: Ardışık söndürmelerde sıcaklık azaldıkça düşük enerjili hallerine ulaşabilen diğer yapay spin ice’lardan farklı olarak, Shakti spin ice’a inatla aynı enerji seviyesinde kaldı. Schiffer, "Sistem, geniş çaplı bir yeniden düzenlemenin daha düşük bir enerji durumuna düşmesine izin verse bile, kendisini yeniden düzenleyemeyeceği bir şekilde sıkışmış durumda" dedi.

     Açıkça, bir şey korunmuştu, ama hiçbir şey, düzensiz bir spin resmi sağlamak için yapay olarak tasarlanmış bir maddede bariz bir aday olarak ortaya çıkmadı.

     Bir spin resminden uzaklaşarak ve sistemin uyarımlarının yeni bir tanımına yoğunlaşan Nisoli, topolojik özellikleri tanınmış olan "dimer cover modeli" adlı ünlü bir teorik modele tam olarak eşlenebilecek düşük enerjili bir durumu tanımladı. Deneyden elde edilen veriler topolojik yük korumasını doğruladı.

     Nisoli, “Bunu en ilgi çekici buluyorum çünkü genellikle teorik çerçeveler klasik fizikten kuantum fiziğine geçiyor. Topolojik düzende öyle değil,” dedi.

     Fiziksel deneyler Schiffer'ın ekibi tarafından Urbana-Champaign'daki Illinois Üniversitesi'nde gerçekleştirildi ve ABD Enerji Bakanlığı'nın Bilim Dairesi tarafından finanse edildi. Malzemenin kinetiği, Gerçek Zamanlı Işık Kaynağı'nda gerçek zamanlı ve gerçek uzayda araştırıldı.