Itu adalah bagian dari pengetahuan dasar setiap pelajaran kimia: setiap siswa mempelajari wujud padat, cair, dan gas satu kali.

Mungkin di luar imajinasi kebanyakan orang bahwa ada wujud materi yang benar-benar berbeda – namun mereka memang ada. Para peneliti baru-baru ini menemukan keadaan materi yang baru.

Yang istimewa dari penemuan ini: Para peneliti hanya dapat menjelaskan kondisi tersebut dengan bantuan fisika kuantum, seperti yang mereka tunjukkan dalam penelitian mereka, yang baru-baru ini dipublikasikan di jurnal ilmiah.Bumi“muncul.

Partikel-partikel tersebut awalnya tampak kacau

Dalam sebuah eksperimen, fisikawan dari AS menyelidiki susunan geometris pada spin es. Spin ice adalah material yang momen magnetnya pada material tersebut berperilaku serupa dengan proton pada es biasa yang terdiri dari air. Seperti pada es air, partikel-partikel dalam es berputar menyusun dirinya dalam pola geometris tertentu seiring dengan turunnya suhu.

Berbeda dengan pola kristal es air yang dapat diprediksi, partikel magnetik berskala nano yang membentuk es berputar dapat tampak kacau dan tidak teratur dalam kondisi tertentu. Para peneliti fokus pada struktur spesifik yang disebut geometri Shakti untuk mengetahui bagaimana perubahan suhu mempengaruhi susunan magnet.

Sebuah pola dalam transisi

Biasanya, material dan fluiditas juga berubah seiring perubahan suhu dan tekanan. Energi bertambah atau berkurang dan terjadi perubahan susunan partikel. Mumpung ada air berubah menjadi es atau uap air seiring naik atau turunnya suhu, para peneliti juga menemukan fenomena serupa pada putaran es.

Mereka menurunkan suhu sementara es disusun dalam geometri Shakti dan menggunakan proses yang disebut mikroskop elektron fotoemisi. Dengan cara ini mereka bisa melihat perubahan polanya. Mereka memperhatikan bagaimana elektron memancarkan cahaya. Pengaturan tertentu tetap berlaku bahkan ketika suhu turun – para peneliti tidak menyadarinya sampai sekarang.

“Sistem berhenti karena tidak dapat mengatur ulang dirinya sendiri, bahkan jika pengaturan ulang akan menyebabkan tercapainya tingkat energi yang lebih rendah,” katanya Peter Schiffer, peneliti di Universitas Yale. Sebagian besar wujud materi menggunakan model termodinamika klasik, sehingga partikel menggabungkan gaya-gayanya ketika bertukar energi panas. Namun, pada awalnya tidak jelas bagi para peneliti apa yang mengkompensasi perubahan energi dalam susunan material — sampai mereka mempertimbangkan fisika kuantum. Tim mengamati bagaimana partikel menjadi terjerat, menciptakan topologi tertentu – sebuah pola transisi.

Penemuan membantu peneliti mengeksplorasi materi baru

“Penelitian kami untuk pertama kalinya menunjukkan bahwa sistem klasik seperti es spin palsu dapat dirancang untuk menunjukkan keadaan materi yang tertata secara topologi yang sebelumnya hanya ditemukan dalam kondisi kuantum,” kata Christian Nisoli, fisikawan di Laboratorium Nasional Los Alamos. Sepuluh tahun sebelumnya, partikel kuasi yang bertindak seperti monopole magnet ditemukan di jenis es spin lain. Temuan baru ini dapat membantu para peneliti mengeksplorasi jenis materi baru.