原来磁铁可以有八个极！得过诺奖的拓扑绝缘体又现突破

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图丨四极矩和八极矩的模型

Benalcazar解释道：“研究结果显示的一种新模型具有量子化的四极矩。这不同于之前所有已知的拓扑绝缘体，它不具有拓扑绝缘体的标志性特性，也就是无间隙、低能量级的表面态——这可能就是这么久以来一直没人发现它的原因。”

从上世纪末到本世纪初，几位科学家在凝聚态物理领域内的革命性发现为磁矩的研究奠定了基础。通过对几何相位的应用，人们能在晶体中找到磁矩，而几何相位则描述电子在晶体动量空间中的演化过程。他们的成果极大地帮助人类认识了晶体中的拓扑绝缘现象，将属于物理量的磁矩和拓扑上的几何相位联系在了一起。根据Hughes和Bernevig的说法，现在的研究目标是把偶极矩理论推广到到多极矩的高度上。

视频丨拓扑绝缘体介绍（这小哥法国腔你们强行听一波吧）

引人注目的是，四极矩绝缘体表面结构缝隙事实上构成了一个低维拓扑绝缘相。我们的计算可以预测系统何时会处于这种临界拓扑绝缘相，而出人意料的是，在 四极矩绝缘体的最基本形态下，这种性质与更高的极矩有关 。

Hughes叙述到，“在研究的初期阶段，Andrei 和我曾讨论过将晶体偶极矩的研究延伸到四极矩上的想法。结果发现，其数学推导并不像看上去那么简单。在电子的量子力学模型中计算多极矩是极具挑战性的，电子———在量子力学模型中，这个粒子也同时以波的形式存在，你无法确定它在空间中的位置。偶极矩可以通过测量电子的位移（矢量）来计算。但四极矩的计算则相对棘手。”

为了计算四极矩，科学家们需要构建一个新的理论框架。此外，建立的模型需要具有正确的性质， 才能被用来检测新的分析技术。研究团队将 正确模型的发现归功于Benalcazar——他将量子化的偶极矩绝缘推广至所有偶极绝缘体。然后，几人则在此基础上花了整整一年构建了完整的理论框架。

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