文献综述（或调研报告）：
十多年前发现量子自旋霍尔效应和拓扑绝缘体已经彻底改变了现代凝聚态物理学。今天，物质拓扑状态领域是实验者和理论家最积极和富有成效的研究领域之一。其中的量子特性以及能带的特殊被认为与材料较强的自旋轨道耦合效应有关。同样的还有量子反常霍尔效应，被认为自旋轨道相互作用使材料的两端产生自旋极化，由此产生了奇特的电输运性质。
自旋轨道耦合作用是指粒子的自旋角动量和轨道角动量之间的相互作用，一般来说在固体材料中该效应很弱，对物性的影响并不明显。但是近年来凝聚态领域开始关注具有强自旋轨道耦合效应的材料（一旦来说是重原子材料），这些材料中新奇物性是研究人员关注的焦点。由强自旋轨道耦合作用带来特殊物性的材料主要有拓扑绝缘体、拓扑半金属等几种。
1980年德国物理学家冯·克利青等人发现金属-氧化物-半导体型的二维电子气在低温强磁场下霍尔电阻与磁场不是严格线性的，而是会周期性地出现霍尔电阻平台，并且阻值是某个值的整数倍，纵向电阻也会周期性地震荡，在最低处表现为无阻特性。对量子霍尔效应的研究使人们认识到材料的边界导电这一新的电输运模式。接着自旋霍尔效应被提出，其中边界电流与电子的自旋方向有关，在相反的边缘电子运动方向和自旋方向也是相反的。研究人员逐渐认识到固体材料的拓扑性质与边界输运之间的联系。2006年张首晟等人成功预测CdTe/HgTe/CdTe量子阱中可以实现量子霍尔效应，随后被证实。实现量子霍尔效应的CdTe/HgTe/CdTe材料后来也被成为二维拓扑绝缘体，具有一维导电边界态。之后人们又将二维拓扑绝缘体推广到三维。
拓扑绝缘体的表面态为人们提供了无能量耗散的电输运形式，对于新型的器件又很好的应用前景。
同样拓扑半金属也由于较强的自旋轨道耦合作用让能带具有特殊结构，费米面附近的能带按照满足狄拉克方程或外尔方程的线性色散关系分为狄拉克半金属和外尔半金属。目前拓扑半金属的研究十分热门，理论和实验都在不断有成果产生。
参考文献
[1]强自旋轨道耦合材料Sr_2IrO_4和ZrBi_2的输运行为研究[D]. 2017.
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