杨 圆,李小兵,林季资

(1.江苏科技大学 张家港校区 基础教学部，张家港 215600) (2.南京大学 固体微结构物理国家重点实验室，南京 210093)

拓扑绝缘体是最近几年发现的一种全新的物质形态,其体电子态是有能隙的绝缘态,而其表面或边缘是无能隙的金属态[1-3]．这种金属态完全由体能带的拓扑性质所决定,受时间反演对称性的保护,可以避免非磁性杂质散射．文献[4]中首次在石墨烯中提出了一种受到时间反演对称性保护的二维拓扑绝缘体,即量子自旋霍尔效应．文献[5]中提出在HgTe量子阱中可能观察到这种效应,并被随后的实验工作证实[6]．量子自旋霍尔体系的重要特征是具有比较强的自旋轨道耦合,在样品的边界,自旋向上的电子和自旋向下的电子沿着相反的方向传播,它们可以传导自旋流但不导致能量耗散．

量子自旋霍尔体系的拓扑不变量可以由Z2拓扑数[7]或者自旋陈数[8-9]来定义．Z2指标不适用于时间反演对称破缺的体系,因为它的定义依赖于时间反演对称性的存在．相反,自旋陈数在时间反演对称破缺的体系中也是有效的．近年来,自旋陈数的方法被应用于描述交换场作用下量子自旋霍尔体系的拓扑性质[10-11],研究结果发现,在时间反演对称性被破坏后,量子自旋霍尔相依然存在．目前也有实验表明,量子自旋霍尔效应在没有时间反演对称性的情况下可以是稳定的[12]．

文中以石墨烯中的量子自旋霍尔效应为基础,引入破坏时间反演……