新闻及香港科大故事
2022
新闻
科大共同研究发现食盐的拓扑特性及其角落电荷
粤语中有「我食盐多过你食米」一说。虽然言者未必有意听者亦无须太认真，但这句俗语却的确带出了「食盐」在我们日常生活中的重要性。而你又可有想过，守候在餐桌角落，重要却不起眼的食盐，竟然会与前沿物理研究及抽象数学理论扯上关系呢？
香港科技大学(科大)与东京大学的研究团队近日发表共同研究，证明了食盐(氯化钠)的离子晶体结构具有拓扑学意义上的不平庸性，意即食盐立方晶体的角落实带有不寻常的分数电荷。这个研究证明即使是结构简单的离子化合物，亦可能具有新颖的拓扑材料特性。而这些先前未被发现的拓扑特性，可能会为我们对结晶体的形成与溶解的微观过程带来更佳的理解，亦可能同时为微型量子导体的研发开拓出新方向。
我们的日常生活隐藏了大大小小、形形色色的先进材料。就以智能手机为例，在铝合金外壳和强化玻璃屏幕中的小小空间，便收藏了包含金、银、铜、锡等金属以及玻璃、云母等绝缘体的电路板，还有建基于半导体技术的微处理器等等组件。人类利用了特性回异的各式材料，创造出日新月异的电子设备，但大自然却早以更精巧的手法，把相反的物理性质结合在单一材料之中。而这些新奇的材料，在学界被称为「拓扑材料」。
作为一个数学概念，拓扑学的主要目的是理解及探索抽象空间和物质在特定改变之下(例如拉扯、压迫或弯曲)，具有甚么不变的特性。举个例子，即使我们扭曲、拉扯一件毛衣，或这件毛衣缩了水，只要我们不把毛衣撕破，它还是有四个开口：颈项、双手和腰部。假如我们把毛衣替换成连帽卫衣以至运动背心，它们的开口数目同样维持在四个。从拓扑学的角度而言，这些衣物是一样的。物理学家近年发现拓扑材料的电子特性亦不合常规，譬如说，拓扑材料的内部是不导电的，但在其外围的薄薄一层原子却必然导电。它们不能被简单定义为绝缘体或导电体，而是结合两者的自然产物。拓扑材料的新奇特性让科学家着迷，当中二维材料石墨烯可以说是与生活应用最接近的一员，其他的拓扑特性一般都只能在少数不常见或难以合成的材料中实现。