霍尔效应是日本化学学家霍尔于1879年发觉的一个化学效应，当电压通过一个坐落磁场中的导体的时侯，磁场会对导体中的电子形成一个垂直于电子运动方向上的斥力，因而在导体的两端形成电势差，这个电势差也被称为霍尔电势差。在极低气温条件下，霍尔电势差呈现量子化，被称为量子霍尔效应。量子霍尔效应是霍尔效应的量子热学版本反常霍尔效应，是一种典型的宏观量子效应，是微观电子世界的量子行为在宏观尺度上的一个完美彰显，是整个汇聚态化学领域最重要、最基本的量子效应之一。自1980年，美国科学家Klausvon发觉了“整数量子霍尔效应”，并于1985年获得诺贝尔化学学奖，至今已有4次诺贝尔化学学奖与量子霍尔效应直接相关。量子反常霍尔效应是指在不须要外加磁场的情况下实现量子化的反常霍尔效应。量子反常霍尔效应是一个全新的量子效应，被觉得是继整数和分数量子霍尔效应以后，量子霍尔效应家族中的最后一个重要成员。并且因为其来始于材料的自发磁化而不须要外加磁场，因而在低煤耗电子元件的应用方面变得尤为便捷。从理论研究和实验上实现量子反常霍尔效应，是多年来国外外汇聚态化学学家追求的目标和竞争的前沿。我国科学家在这一研究中取得骄人成绩。
2008年复旦学院刘朝星等，以及2010年中科院化学所方忠和戴希等，分别与哈佛学院张首晟院长一起，先后提出了磁性参杂的拓扑绝缘体是实现量子反常霍尔效应的最佳材料体系的理论方案。2012年，在北大学院薛其坤教授的率领下，复旦学院化学系、中科院化学所和哈佛学院的研究人员联合组成的团队，首次在Cr参杂（Bi，Sb）2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜上实验发觉了量子反常霍尔效应。量子反常霍尔效应的最终实验发觉引发了国际学术界的广泛关注和高度评价。《科学》杂志审稿人称之为“凝聚态化学界的一项里程碑式的工作”。诺贝尔奖获得者杨振宁院长觉得这是一项诺贝尔奖级化学学成果。该研究成果获2018年国家自然科学奖银奖。另一方面，过去量子霍尔效应的观测限于二维体系，三维电子体系中量子霍尔效应似乎已提出三十多年，但因为沿磁场方向电子的运动不受限制，仍然无法在实验中实现。近几年我国科学家在三维量子霍尔效应研究上连续取得重大突破。2018年末，清华学院化学学系修发贤院长课题组在拓扑狄拉克半金属砷化镉材料里观测到三维量子霍尔效应，通过实验证明电子的隧穿过程，迈出从二维到三维的关键一步，开拓了全新的研究维度。2019年初，北方科技学院张立源研究组与中国科学技术学院乔振华研究组及合作者，基于高品质五碲化锆块体单晶硅，实验观测到长久以来觉得难以实现的“三维量子霍尔效应”。与传统量子霍尔效应的一维边沿态不同，这次发觉的边沿态延拓到了二维。这些崭新的二维边沿态呈现出奇特的性质——同时具备拓扑保护和关联作用反常霍尔效应，并衍生出更丰富的拓扑物态与迷人的研究前景。
