东京大学研究生院工学系研究科物理工学专业的渡边悠树副教授与美国麻省理工学院的博士研究员Hoi Chun Po（从事本研究时，现为香港科技大学助教）等人组成的研究团队从理论上阐明了作为盐而为人所熟知的氯化钠晶体，其各个角会产生大小为基本电荷e的八分之一的电荷。
氯化钠晶体及其八个角的电荷概念图。红球表示氯化钠晶体的钠离子，蓝球表示氯离子（实际晶体中还含有许多离子）。各个角模糊的云状部分表示＋e/8或-e/8的电荷。（供图：东京大学研究生院工学系研究科物理工学专业渡边悠树副教授）
近年来，名为拓扑绝缘体的一系列绝缘体在全球引起了广泛关注。拓扑绝缘体有很多种类型，比较典型的特性是“物质内部为绝缘体，但表面为金属”。利用这种特性的器件备受期待。在研究拓扑绝缘体的过程中发现，“普通（非拓扑）绝缘体”中可能也存在表面和角具备有趣特性的类型。然而，此前一直未能找到具体的例子，也不清楚如何找到它们的规则。
研究团队2020年发现，绝缘体的多极子数量与晶体各个角出现的分数电荷有关，并推导出了表示绝缘体各个角出现的电荷大小的一般公式。将这个公式应用到各种物质上发现，氯化钠这种最基本的离子晶体实际上是晶体各个角具有量子化为e/8电荷的典型物质。
研究团队进一步利用氯化钠的几个模型进行了分析计算和数值计算，证实了这种预测是正确的。另外，研究团队还从理论上探讨了能否在实验中直接观测到这种晶体各个角出现的分数电荷，发现利用原子力显微镜测量是有可能观测到作用于试验电荷与角电荷之间的库仑力的。以上结果表明，盐是“一种典型绝缘体，其晶体各个角具有被量子化为基本电荷的分数的电荷”。
如能得到验证将引起轰动
渡边副教授表示：“以上只是理论计算的结果。如果能实际制作高纯度晶体并进行高精度测量，使此次预测的分数电荷获得实验验证，这将是一个大新闻。另外，预计盐之外的各种离子晶体的表面和角也有分数电荷，因此我们还感兴趣它对物质性质（比如溶解性等）的影响。”
【论文信息】
杂志：Physical Review X
论文：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：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
