簡介
當人們對量子霍爾效應的理解逐漸成熟後，問題自然出現了：這種無耗散的邊緣态是否能夠在沒有外加磁場的情況下存在？1988年，一個理論學家預言了這種邊緣态能夠在二維晶格中存在。經曆了近20年的探索，這種能夠在無外加磁場情況下存在的無耗散邊緣态首先在HgTe/CdTe量子阱材料中被發現。
然而，由于缺乏外加磁場迫使電流沿單一方向流動，這種材料中同時存在順時針和逆時針兩個方向的邊緣态。由于重元素中很強的自旋軌道耦合相互作用，電流方向由電子的自旋方向（自旋向上或是自旋向下）決定。這個現象是量子自旋霍爾效應，也就是自旋霍爾效應的量子化。
原理
如果量子自旋霍爾系統中一個方向的自旋通道能夠被抑制，比如，通過鐵磁性，這自然的會導緻量子反常霍爾效應。鐵磁導體中的霍爾電阻由正比于磁場的正常霍爾效應部分和正比于材料磁化帶來的反常霍爾效應部分組成。量子反常霍爾效應指的是反常霍爾效應部分的量子化。
量子自旋霍爾效應的發現極大地促進了量子反常霍爾效應的研究進程。前期的理論預言指出，量子反常霍爾效應能夠通過抑制HgTe系統中的一條自旋通道來實現。遺憾的是，目前還沒有能夠在這個材料系統實現鐵磁性，即而無法實現量子化反常霍爾效應。後來又有理論預言指出，将Bi2Se3這種拓撲絕緣體材料做薄并且進行磁性摻雜，就有可能能夠實現量子霍爾電阻為h/(ve2)的量子反常霍爾效應。這個理論預言被常翠祖等人通過實驗證實。
他們觀察到的量子反常霍爾效應的性質是非常穩定的。首先，為了避免自旋翻轉散射的影響，觀測量子自旋霍爾效應需要微小尺寸的樣品，而量子反常霍爾效應能夠在幾百微米量級的宏觀尺度下實現。其次，讓人稱奇的是，這種嚴格的量子化能夠在具有相當低的遷移率和非零體導電通道的材料中實現。這些都說明量子反常霍爾效應比量子自旋霍爾效應要穩定得多，可以媲美甚至比量子霍爾效應有更強的适應能力。
意義
分數量子霍爾效應：勞克林與J·K·珍解釋了它的起源。兩人的工作揭示了渦旋（vortex）和準粒子（quasi-particle）在凝聚态物理學中的重要性。
應用
在自旋電子學應用方面，二維磁性納米材料體系具有較穩定的自旋極化性質和優良的結構-性能穩定性，能夠滿足當今時代越來越高的存儲和處理能力與越來越小的器件尺寸的雙重需求，可以作為新一代高性能自旋納米器件；在新奇物理效應方面，二維拓撲絕緣體材料體系具有奇異的量子自旋霍爾效應，即邊緣态受到拓撲保護，并且自旋在邊緣态中可以無耗散的高速遷移，在進一步提高新一代自旋電子設備性能、降低能耗等方面表現出重要的應用潛力。
在半導體應用方面，二維半導體納米材料體系通常具有超高的比表面積、外場可控的能帶結構、較高的載流子遷移率和合适的半導體帶邊位置，為人們尋找新型高效的納米半導體材料，實現電子器件和光催化等方面的應用提供了新途徑。
