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"量子自旋霍尔效应"是指找到了电子自转方向与电流方向之间的规律，利用这个规律可以使电子以新的姿势非常有序地"舞蹈"，从而使能量耗散很低。

在特定的量子阱中，在无外磁场的条件下（即保持时间反演对称性的条件下），特定材料制成的绝缘体的表面会产生特殊的边缘态，使得该绝缘体的边缘可以导电，并且这种边缘态电流的方向与电子的自旋方向完全相关，即量子自旋霍尔效应。

如果量子自旋霍尔系统中一个方向的自旋通道能够被抑制。

比如，通过铁磁性，这自然的会导致量子反常霍尔效应。铁磁导体中的霍尔电阻由正比于磁场的正常霍尔效应部分和正比于材料磁化带来的反常霍尔效应部分组成。

量子反常霍尔效应指的是反常霍尔效应部分的量子化。量子自旋霍尔效应的发现极大地促进了量子反常霍尔效应的研究进程。

前期的理论预言指出，量子反常霍尔效应能够通过抑制HgTe系统中的一条自旋通道来实现。

遗憾的是，目前还没有能够在这个材料系统实现铁磁性，即而无法实现量子化反常霍尔效应。

后来又有理论预言指出，将Bi2Se3这种拓扑绝缘体材料做薄并且进行磁性掺杂，就有可能能够实现量子霍尔电阻为h/(ve2)的量子反常霍尔效应。

这个理论预言被常翠祖等人通过实验证实。(要在实验上实现量子反常霍尔效应，)常翠祖等人需要战胜一系列非常困难的材料问题。

量子反常霍尔效应要求材料的体导电和表面导电通道完全被抑制掉。

上面理论预言的Bi2Se3体系，由于存在不可避免的Se空位缺陷导致的高浓度的电子型掺杂，不能满足实现量子反常霍尔效应的要求。

为了避免这个问题，他们选择了(Bi1-xSbx)2Te3体系。这个体系中，可以通过改变Sb的组分x，他们能够将费米能级调到铁磁性导致的能隙内的电荷中性点上。

通过对材料各种参数进一步的不断优化，他们最终实现了无外加磁场情况下量子化的霍尔电阻。

他们观察到的量子反常霍尔效应的性质是非常稳定的。

首先，为了避免自旋翻转散射的影响，观测量子自旋霍尔效应需要微小尺寸的样品，而量子反常霍尔效应能够在几百微米量级的宏观尺度下实现。

其次，让人称奇的是，这种严格的量子化能够在具有相当低的迁移率和非零体导电通道的材料中实现。

这些都说明量子反常霍尔效应比量子自旋霍尔效应要稳定得多，可以媲美甚至比量子霍尔效应有更强的适应能力。

"量子自旋霍尔效应"找到了电子自转方向与电流方向之间的规律。利用这个规律可以使电子以新的姿势非常有序地"舞蹈"，从而使能量耗散很低。这种新奇的物理现象有可能给未来的信息革命带来重大影响，电脑甚至量子计算都将随之发生巨大改变。

张首晟曾表示：

“"量子自旋霍尔效应"的理论研究以及产业化开发，对科学界和信息产业界来说，都将是一次大洗牌的机会。这一领域的突破所带来的历史机遇，对中国的基础研究和产业界的自主创新也都是十分难得的。希望国家有计划地大力投入，做好战略布局，瞄准这一理论预言展开更广泛的探索，加快研究步伐，抢占自主创新制高点。”

1980年，德国和英国研究人员发现了量子霍尔效应，这一发现让人们对制造新型电脑芯片装置充满了希望。

但由于这种效应需要满足强磁场和低温这两个条件，类似的装置仍旧是一个白日梦。然而，物理学家还是相当幸运的，除了带有电荷外，电子还拥有另一个特性--旋转。

最近一些年，理论家便预言，拥有正常电子结构的材料可以与电场发生作用并最终出现量子自旋霍尔效应，也就是说，我们可以获得一种旋转驱动版且几乎没有能量损失的导电性。

值得一提的是，这种材料也无需满足强磁场和低温这两个条件。

量子自旋霍尔态是一种全新的物质状态。凝聚态理论通常根据对称性破缺原理来对物质状态进行分类。

量子自旋霍尔态和量子霍尔态是属于无自发对称性破缺的物质状态，与普通物质状态大为不同。而量子自旋霍尔态与量子霍尔态的不同之处就在于，它不需要外加磁场，因此还保持了时间反演对称性。