日前,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)孙庆丰和谢心澄研究员在铁磁石墨烯体系中预言了一种新类型的拓扑绝缘体和量子自旋霍尔效应【PRL,104,066805(2010)】。

  近几年来,一种全新的量子物质态――拓扑绝缘体已蓬勃兴起。与传统的绝缘体比较,拓扑绝缘体有许多相似之处,但具有完全不同的“拓扑”性质。拓扑绝缘体的块材是有能隙的绝缘体,但其表面或边界态是无能隙的金属态。这种金属边界态的存在完全由块材能带的全局性质(拓扑序)所决定。更重要的是,这种金属边界态受时间反演不变性保护,因而具有很强的抗外界干扰能力。即使体系中存在一定的缺陷、杂质或其它退相干因素,边界态还能很好保持。由强磁场引起的量子霍尔效应是最早被发现的拓扑绝缘体。最近人们在一些有自旋-轨道耦合的材料中发现另一类拓扑绝缘体。这类拓扑绝缘体是由内在的自旋轨道耦合,结合特殊的能带结构所引起的,是材料的固有性质;这类体系具有时间反演对称性。在二维拓扑绝缘体体系,自旋相反的边缘态中电子沿着相反的方向运动,产生量子自旋霍尔效应。