量子反常霍尔效应，是某一体系无需外加强磁场，就能够提供量子化、无耗散的霍尔电导。这一量子输运特性有望在拓扑量子计算、低能耗自旋电子学器件等方面展现巨大的应用潜力。最早人们通过磁掺杂拓扑绝缘体的思路实现了这一愿景，但需要非常低的温度，科研和应用价值有限。近年来，众多物理学家都在寻找更高温度的实现方案，但都在液氦温区附近。因此，寻找具有更高相变温度和更大体能隙的新型量子反常霍尔绝缘体，一直是拓扑材料研究领域中的一项核心挑战。

近日，我系王靖教授课题组首次提出一类全新的二维本征量子反常霍尔绝缘体材料: FeTaX2 (X = S, Se, Te) 家族。相关成果以“FeTaX2: A Ferrimagnetic Quantum Anomalous Hall Insulator”为题，于2026年1月21日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letter）上。

该工作通过第一性原理计算预测该材料体系在无需外加磁场的条件下即可实现量子化的霍尔电导，同时具备大能隙（0.2-0.4 eV）、高陈数（C = 2）以及高居里温度（550 K以上）等关键优势，并进一步结合对称性指标和紧束缚模型等方法分析和阐明了这些优势背后的物理机制，为长期困扰该领域的“低温瓶颈”问题提供了全新解决思路。

图1. 单层FeTaX2体系的结构；(b) 主要对称性；(d) 晶格场劈裂与电子填充

本工作中，该研究组揭示了FeTaX2的优秀表现基于一种完全基于d轨道电子的拓扑与磁性协同机制和全新的设计原则。不同于传统磁性拓扑绝缘体依赖p轨道产生拓扑能隙、d 轨道提供磁性的分离机制，FeTaX2中的非平庸拓扑来源于 Ta-5d 轨道之间的类似s-d能带反转和强自旋轨道耦合打开能隙，而稳定的磁序则主要由Fe-3d 电子所保证。这一设计原则同时兼具了3d电子的稳定磁性和5d电子强自旋轨道耦合的优势，使得材料的拓扑能隙与居里温度随自旋轨道耦合强度同步增强，从而突破了高温量子反常霍尔态难以实现的机制限制。研究进一步指出，FeTaX2本身可视作用Ta对铁基超导FeX家族中Fe进行半替换得到，与 FeSe 等铁基超导体在晶格上高度匹配，这一结构上的天然联系，为构筑拓扑-超导异质结、探索手性拓扑超导与马约拉纳准粒子提供了理想平台。该工作不仅为高温量子反常霍尔绝缘体的材料设计提供了普适性的设计原则，也为未来低功耗电子学、量子器件和自旋电子学的发展奠定了重要的材料基础。

图2. 单层FeTaX2 (X = S, Se, Te) 的 （左）电子能带；（中）手征边缘态；（右）量子化的霍尔电导

我系博士后蒋亚东和博士毕业生王欢（现为西湖大学博后）为共同第一作者，我系王靖教授为通讯作者。该工作得到了复旦大学物理学系、应用表面物理全国重点实验室、合肥国家实验室、国家自然科学基金、国家科技重大项目、上海市科委、上海市教委、中国博士后基金会等的大力支持与资助。

文章信息：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/5k34-4zyh  

Yadong Jiang, Huan Wang, Jing Wang, Phys. Rev. Lett. 136, 036601 (2026)