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食盐中的高阶拓扑学:即使化学结构被修改,其拓扑特性仍得以维持

前瞻网 2022-01-29 10:23

 

 

食盐中的高阶拓扑学:即使化学结构被修改,其拓扑特性仍得以维持_产经_前瞻经济学人

 

香港科技大学(HKUST)和东京大学的联合研究小组发现了氯化钠(俗称食盐)有一个不同寻常的拓扑结构,这不仅有助于了解盐形成和溶解背后的机制,还有可能为未来纳米级导电量子线的设计铺平道路。

在日常生活中,我们接触过各种各样的先进材料,许多小玩意和技术都是通过不同材料组装而创造出来的。例如,手机就有多种不同的材料——显示器采用玻璃,框架采用铝合金,内部布线采用金、银和铜等金属。然而,大自然里有独特的“天才方法”,可以将不同的属性“烹饪”成一种神奇的材料,或者是“拓扑材料”。

拓扑学,作为一个数学概念,它主要研究一个物体在平滑变形下哪些方面是坚固的。例如,我们可以挤压、拉伸或扭曲一件T恤,但只要不把它撕开,它的开口数仍然是四。2016年诺贝尔物理学奖所强调的物质拓扑相的发现表明,某些量子材料本质上是电绝缘体和导体的组合。即使材料大部分是绝缘的,但也可能需要一个导电的边界。这种材料既不属于金属也不属于绝缘体,而是两者的自然组合。

食盐,或称氯化钠,是最常见的晶体之一,经常作为典型的离子化合物出现在高中化学课本中。长期以来,人们认为这种众所周知的物质在拓扑学上不会有什么惊奇发现。

然而,研究小组发现,从理论上讲,食盐实际上可以实现一种最近引入的'高阶'拓扑学。一粒盐的零维角落没有传导二维表面或一维边缘,而是展示了一种反常的行为,其中电荷被有效地分化为自然界基本单位的八分之一。此外,这种拓扑特性的稳健性意味着,即使化学结构被修改成其他形式,如氯化银或氟化钾,结果仍将得到维持。

研究人员表示,这一发现可能会启发未来的纳米级导电量子线的设计,或新的药物输送方法,这些都是经常与盐的溶解过程一起研究的。

题为Fractional Corner Charge of Sodium Chloride的相关研究论文发表在《物理评论X》(Physical Review X)上。

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责任编辑: 4162SKX

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