東京大學研究生院工學系研究科物理可用能工學專業的渡邊悠樹副教授與美國麻省理工學院的博士研究員Hoi Chun Po（從事本研究時，現爲香港科技大學助教）等人組成的研究團隊從理論上闡明瞭作爲鹽而爲人所熟知的氯化鈉晶體，其各個角會產生大小爲基本電荷e的八分之一的電荷。
氯化鈉晶體及其八個角的電荷概念圖。紅球表示氯化鈉晶體的鈉離子，藍球表示氯離子（實際晶體中還含有許多離子）。各個角模糊的雲狀部分表示＋e/8或-e/8的電荷。（供圖：東京大學研究生院工學系研究科物理可用能工學專業渡邊悠樹副教授）
近年來，名爲拓撲絕緣體的一系列絕緣體在全球引起了廣泛關注。拓撲絕緣體有很多種類型，比較典型的特性是「物質内部爲絕緣體，但表面爲金屬」。利用這種特性的器件備受期待。在研究拓撲絕緣體的程序中發現，「普通（非拓撲）絕緣體」中可能也存在表面和角具備有趣特性的類型。然而，此前一直未能找到具體的例子，也不清楚如何找到它們的規則。
研究團隊2020年發現，絕緣體的多極子數量與晶體各個角出現的分數電荷有關，並推導出了表示絕緣體各個角出現的電荷大小的一般公式。將這個公式應用到各種物質上發現，氯化鈉這種最基本的離子晶體實際上是晶體各個角具有量子化爲e/8電荷的典型物質。
研究團隊進一步利用氯化鈉的幾個模式進行了分析計算和數值計算，證實了這種預測是正確的。另外，研究團隊還從理論上探討了能否在實驗中直接觀測到這種晶體各個角出現的分數電荷，發現利用原子力顯微鏡測量是有可能觀測到作用於試驗電荷與角電荷之間的庫侖力的。以上結果表明，鹽是「一種典型絕緣體，其晶體各個角具有被量子化爲基本電荷的分數的電荷」。
如能得到驗證將引起轟動
渡邊副教授表示：「以上只是理論計算的結果。如果能實際製作高純度晶體並進行高精度測量，使此次預測的分數電荷獲得實驗驗證，這將是一個大新聞。另外，預計鹽之外的各種離子晶體的表面和角也有分數電荷，因此我們還感興趣它對物質性質（比如溶解性等）的影響。」
【論文資訊】
雜誌：Physical Review X
論文：Fractional Corner Charge of Sodium Chloride
DOI ：10.1103/PhysRevX.11.041064
URL ：journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.11.041064
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
