Исследование показало топологию в том, что стоит в углу обеденного стола

 Исследователи обнаружили необычный топологический аспект хлорида натрия (поваренная соль), который не только облегчит понимание механизма растворения и формирования соли, но может также проложить путь для будущего дизайна проводных наноразмерных квантовых проводов.

Исследование было проведено Гонконгским университетом наук и технологий (HKUST), совместно с Токийским университетом. Результаты опубликованы в журнале Physical Review X.

В нашей повседневной жизни существует большое разнообразие передовых материалов, и многие гаджеты и технологии создаются с помощью сборки различных материалов. В мобильных телефонах, например, используется комбинация многих различных веществ - стекло для дисплея, алюминиевый сплав для каркаса и металлы, такие как золото, серебро и медь, для внутренней проводки.

Но у природы есть свой гениальный способ "приготовления" разных свойств в один удивительный материал или так называемый "топологический материал".

Топология как математическая концепция изучает, какие аспекты объекта прочны при плавной деформации. Например, мы можем сжать, растянуть или скрутить футболку, но количество ее отверстий будет равно четырём, пока мы ее не разорвем.

Открытие топологических фаз материи, отмеченное Нобелевской премией по физике 2016 г., свидетельствует о том, что некоторые квантовые материалы по своей сути являются комбинацией электрических изоляторов и проводников. Это может привести к необходимости наличия предела проводимости, даже если основная масса материала является изоляционной. Такие материалы не классифицируются ни как металл, ни как изолятор, а как естественная совокупность обоих.

Хотя топологические качества материалов привлекают многие исследовательские интересы, сейчас они реализуются только в эксклюзивном наборе экзотических материалов, таких как двумерный графен.

Однако в недавней работе профессор Адриан По Хой Чун, доцент кафедры физики HKUST и его коллега, профессор Харуки Ватанабе из Токийского университета, обнаружили удивительную связь между топологией и большим классом обычных веществ, включая поваренную соль.

Поваренная соль, или хлорид натрия, является одним из наиболее распространенных кристаллов, часто фигурирующих в учебниках по химии для старших классов как прототип ионного соединения.

Долгое время считалось, что такие известные вещества топологически скучны. Однако исследовательская группа обнаружила, что поваренная соль теоретически может реализовать форму недавно представленной топологии высшего порядка.

Вместо двумерных поверхностей или одномерных граней нульмерный угол зерна соли демонстрирует аномальное поведение, при котором электрические заряды эффективно фракционированы на одну восьмую фундаментальную единицу природы. Кроме того, устойчивость этого топологического свойства означает, что даже если химическую структуру изменить в другие форматы, такие как хлорид серебра или фторид калия, результат все равно останется.

Профессор Ватанабе отметил, что связь между топологическими материалами и повседневными веществами, такими как поваренная соль, абсолютно неожиданна.

Профессор По сказал, что полученный результат свидетельствует об упущенном аспекте топологии в обычных ионных соединениях.

«Находка может вдохновить будущую разработку наноразмерных ведущих квантовых проводоа или новых методов доставки лекарств, которые так часто изучаются вместе с процессами растворения соли», — сказал профессор По, добавив, что «интересно осознавать, как мы проглатываем фракции электрона с каждым приемом пищи».