(文章转载自EurekAlert!，首次刊登于2022年1月28日)
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。
不过，根据科大物理系的傅凯骏助理教授和东京大学的渡邉悠树教授共同进行的研究，平凡无奇的食盐亦具有「高阶拓扑性」。虽然像食盐一样的离子晶体必然是从内至外均一贯绝缘，但研究团队发现食盐立方晶体的角落带有的有效电荷不多不少，刚刚好是基本电荷的八分之一。这个对不寻常角落电荷的拓扑性预测，就有如衣物的开口数目一样具有共通性。所以，即使我们把食盐(氯化钠)晶体换作氯化银以及氟化钾等等其他离子晶体结构，这个晶体的分数角落电荷都不会改变。
渡邉教授认为，研究带出新兴拓扑材料概念与日常生活中常见物质的关连，结果是出乎意料的。傅教授则表示﹕「是次研究成果显示大量的离子晶体亦具有类似的拓扑特质，而当中可能包括在其他如化学或药物学等领域中广泛应用的化合物。由此延伸的研究，有机会能为我们带来新的微型量子导体。」他亦补充指﹕「更加有趣的发现是，原来通过食盐，我们每天都把比电子更少的有效电荷吃进肚里而不自知。」
有关研究结果已获美国物理学会出版的「物理评论X」刊载。
