Elektrijuhtmetes liikuvad elektronid kannavad laenguid, vooluringi ühendatud patarei annab energiat mobiiltelefoni protsessorile, mis teeb arvutusi.

Elektronidel on aga lisaks elektrilaengule veel üks fundamentaalne omadus, mida kutsutakse spinniks.

Spinn annab elektronile magnetilised omadused, püsimagnetites on elektronide spinnid ferromagneetiliselt korrastunud. Spinnseisundeid ühest kohast teise viies on võimalik ka informatsiooni edasi anda ja seda ilma elektrivooluta, ehk laenguid liigutamata.

Just sel põhimõttel töötavad spintroonilised seadmed, kus informatsiooni liigutamiseks kulub tavalisest vähem energiat.

Kristalsetes ainetes olevate spinnide elementaarergastusi kutsutakse magnoniteks, ehk spinnlaineteks. Energia neelamisel või kiirgamisel muutub spinnide süsteemi kvantolek, kõik spinnid reageerivad välisele elektromagnetväljale koherentselt.* Nii juhtub, kui spinnide vaheline vastasmõju on piisavalt suur.

Girsh Blumbergi uuritud aine on mittemagnetiline Bi₂Se₃ kristall, mille pinnal moodustub kahemõõtmeline elektrit juhtiv metalne kiht, kuid mille sisemus on isolaator. Selliseid aineid kutsutakse kolmemõõtmelisteks topoloogilisteks isolaatoriteks ja neil on ebatavalisi omadusi, mille avastamise eest anti 2016. aasta füüsika Nobeli preemia.

Neis ei ole siiani nähtud kollektiivseid spinnseisundeid nagu spinnlained, kuid teoreetikud on nende võimalikkust ennustanud. Kiraalse sümmeetriaga** spinnlainete nägemiseks topoloogilise isolaatori pinnal kasutas G. Blumberg valguse Raman’i hajumise meetodit, mis lubas eristada spinnide ergastusi laengute liikumisest pinnal, mida kutsutakse pinnaplasmoniteks.***

Oma töös nad näitasid, et Bi₂Se₃ metalses pinnakihis liikuvaid spinne seob koherentseks kvantolekuks spinn-orbitaalne vastasmõju.

G. Blumbergi ja kolleegide töö avaldati ajakirjas Physical Review Letters ja sai kohe suure tähelepanu osaliseks.

* Analoogiat saab leida kristallvõre võnkumistest, kus energia neeldumisel muutub korraga kõigi aatomite liikumine, olgugi vaid õige vähe.

** Kiraalne sümmeetria on omadus, mis eristab näiteks muidu sarnaseid parema ja vasaku keermega kruvisid.

*** Värvilises klaasis olevate metalli nanoosakeste pinnal olevad pinnaplasmonid annavad klaasile iseloomuliku värvi.