單個電子的電荷e被定義為電荷的基本單位。電子是基本粒子，無法再分割，因此通常不會提到「部分電子電荷」。《科學》雜誌報導，美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校（UIUC）的研究人員最近在拓撲晶體絕緣體中觀察到了e/4和2e/3的分數電荷特徵。
自2017年以來，機械科學與工程學教授Gaurav Bahl 和物理學教授Taylor Hughes領導的研究團隊一直致力於用超高頻電路研究拓撲絕緣體。結合團隊對晶體絕緣體的理論研究，他們完成了對分數電荷的測定。Hughes解釋說：「電子是不可分的，分數電荷的存在似乎很奇怪。我們分析一種材料的總電荷時，考慮的是許多電子的貢獻——這取決於電荷在空間中的排列方式，它們可能會相互合作，留下局部的、急劇量子化的電荷。」
具有反射對稱性的一維原子鏈是能夠容納分數電荷的最簡單實例。如果鏈段中正離子的數量等於電子的數量，那麼鏈段電性是中性的。如果兩者不相等，例如丟失一個電子，且丟失的負電荷被鏈段的對稱側均分，就會留下e/2的電荷。Hughes說：「在我們研究的旋轉對稱材料中，電荷能夠以1/3、1/4甚至1/6的分數形式存在。」
為了在實驗中尋找分數電荷的特徵，研究人員構建了由微波諧振器構成的特殊電路。微波諧振器是一種只會在特定頻率吸收電磁輻射的設備。這些厘米級的諧振器能夠扮演真實材料中的原子的角色，使各種材料的構建和測試具備可行性。
論文作者、電氣工程學研究生Christopher Peterson說：「然而，我們無法逐個原子地構建材料，也很難找到具備所需特性的天然材料。因此，我們選擇了折中方案——構建晶體電路類似物。利用這種方法，我們可以測試電路對輻射的吸收，並計算電子在類似固態晶體中的行為。」
此前的理論研究表明，分數電荷的測量是識別高階拓撲絕緣體的關鍵。但是，研究人員無法通過實驗進行論證。現在，藉助Peterson等建立的新方法，研究人員得以識別高階拓撲絕緣體。拓撲絕緣體因其邊界處的強導電通道而成為研究熱點。即便材料中存在缺陷，這些通道也能保持原始狀態。這種穩定性非常引人關注，可以用於提高電子和光學設備的效率，保護電力、電磁波傳輸。高階拓撲絕緣體邊界交叉點存在受保護的導電通道，比普通拓撲絕緣體的性能更加優越。
Gaurav Bahl表示：「我們演示的新方法能夠讓科學家利用分數電荷特徵明確識別任意順序的拓撲絕緣體。這將使基於拓撲材料的高效、穩定設備更具現實意義。」
