最近，盛利和邢定钰教授研究组在量子自旋霍尔态的理论研究方面取得新进展，其研究成果以论文形式发表在今年六月的《Physical Review Letters》（110, 266802，2013)上。

        近几年继铁基超导、石墨烯的研究高潮之后，拓扑绝缘体成为国际上最为关注的凝聚态物理研究前沿。二维的拓扑绝缘体又称为量子自旋霍尔（QSH）态，其特征是具有体绝缘性（费米能在体能隙中）和两支相反极化自旋和相向运动的无能隙边缘态。这种无能隙边缘态可以无耗散地传导自旋流。

        过去学术界普遍认为，QSH态必须受时间反演对称性保护才是稳定的。时间反演对称性的作用是两面的：一方面，它要求两支边缘态的电子波函数的自旋取向处处相反，因此，非磁性杂质无法耦合两支边缘态，确保了边缘态的无耗散特性。另一方面，它要求两支边缘态的电子波函数在空间中完全重叠，任何微小的破坏时间反演对称性的扰动（如磁性杂质）将导致两支边缘态发生散射，引发耗散。在实际环境中，破坏时间反演对称性的扰动经常难以避免，因而这种受时间反演对称性保护的QSH态在实际系统中往往是非常脆弱的。实验上，目前也仅仅在较小(1μm×1μm)的HgTe样品中观察到了QSH态。

        那么是否可能实现无需时间反演对称性保护、更为稳定的QSH效应呢？最近，盛利和邢定钰教授的研究组建议：通过在QSH样品的边缘进行适当的磁性掺杂，可以将两支边缘态中的一支推到磁性区域内侧，而另一支仍处在磁性区域外侧。这样两支边缘态在空间中发生分离，电子通过边缘态的输运将如同汽车在高速公路的不同lanes上行驶，不再相互干扰，变得非常稳定。他们还证明，由于边缘态发生空间分离后电子的自旋极化方向和传播方向不发生变化，因此，QSH效应不会发生改变。

        该工作是盛利和邢定钰研究组在探索时间反演对称性破缺的QSH效应方向上的系列研究工作的又一新进展，该工作的意义在于突破了传统的观点：即QSH态的实现必须依赖时间反演对称性的存在。相反，它表明有设计地破坏时间反演性恰恰是实现稳定的QSH效应的可能途径，为实验寻找真正“robust QSH effect”提出了新方向。该研究工作“通过有设计地消除边缘态时间反演对称性实现稳定的QSH效应”发表在今年六月的Physical Review Letters 110, 266802 (2013)上。

        值得一提的是，该研究组此前发表的“时间反演对称性破缺的QSH效应”的工作（Phys. Rev. Lett. 2011），最近得到了美国一个研究组的实验工作（cond-mat/1306.1925，2013）的支持。该研究组在这方面的研究已连续三年在Phys. Rev. Lett.发表论文。