有些材料，如木材，是阻挡电流的绝缘体。导体，如铜，允许电流通过它们。其他材料鈥攕电子导体鈥攃根据施加的电场或温度等条件，可能会出现或。然而，与木材、铜或硅不同，拓扑绝缘体（TIs）是一种奇特的物质状态，在表面上导电，但在整体上不导电。这种独特的材料特性具有重大的科学意义，可用于一系列技术，包括无线通信、雷达和量子信息处理。
通过合作，圣路易斯华盛顿大学普雷斯顿M.格林电气与系统工程系助理教授Aravind Nagulu的研究实验室，哥伦比亚大学（ColumbiaUniversity）和纽约城市大学（CityUniversity of New York）高级科学研究中心（Advanced Science Research Center）的同事展示了首次在集成芯片上实现电磁拓扑绝缘体。
该合作项目的研究结果发表在5月2日的《自然电子》杂志上。
纳古鲁说：“拓扑绝缘体有着非常有趣的性质，而且本身很有用。然而，当它们与非互易性质耦合时，它们的真正潜力就会显现出来。”。
非互易性确保了电磁波的单向传播。该特性可用于全双工通信，该方法允许以有效方式同时使用相同频率传输和接收数据，从而使频谱容量加倍。此外，如果波与介质中的任何变形或不规则接触，具有非互易特性的TIs可防止由于后向散射导致的信号强度衰减。
该团队能够使用精确设计的晶体管开关时间调制，在标准半导体IC上实现非互易性和拓扑绝缘特性，而无需特殊材料或极端条件。
这种微型集成芯片将TIs的奇异领域与实际应用结合起来。通过重新配置晶格中的单个单元，它还可以根据需要重新路由电磁波，从而创建一种灵活且任意路由电磁波的结构。该团队演示了如何将可重构集成电路用于新兴的5G无线应用，如多天线全双工无线通信和多天线脉冲雷达。