该模型最早在 2005 年由宾夕法尼亚大学克里斯多福·H·布朗杰出物理学教授查尔斯·凯恩（Charles L. Kane）和同事尤金·米尔（Eugene J. Mele）教授在研究了石墨烯中自旋轨道相互作用影响时提出的 。 这是第一个被称为二维拓扑绝缘体的理论模型 。

文章图片
（来源：Nature）
然而 ， 石墨烯的自旋轨道相互作用太弱 ， 无法实现该模型提出的独特物理性质 。 此后的很长一段时间里 ， 科学界始终无法攻克这个难题 ， 在任何生化材料中都无法实现凯恩-梅勒模型 。
直到麦健辉课题组发现了 AB 堆积的 MoTe2/WSe2 结构 ， 该模型才第一次得以实现 。
对此他说：“通过在 AB 叠层 MoTe2/WSe2 结构中缠绕两个莫尔平坦带 ， 使我们首次有效地实现了凯恩-梅勒模型！”
据悉 ， AB 堆积 MoTe2/WSe2 结构的另一个独特特征是电子之间的库仑相互作用非常强 ， 尤其是该团队在其中又加入了莫尔平坦带 ， 使得这种相互作用进一步加强 。
这种强烈的相互作用产生了凯恩和梅勒的原始论文中没有预测到的东西 ， 即由于自发时间反转对称性破缺而出现的量子反常效应 。

文章图片
（来源：Nature）
此外 ， 这种相互作用还驱动了本研究首次观察到的独特的 Mott 绝缘体(莫特绝缘体)到 QAH 绝缘体（量子反常霍尔绝缘体）转变 。 总的来说 ， 非平凡能带拓扑结构和强库仑相互作用的存在有望在未来的研究中发现许多奇异现象 。
从 Mott 绝缘体到 QAH 绝缘体量子相变过程 当 AB 堆叠 MoTe2/WSe2 结构中的莫尔带不具有拓扑性时 ， 强烈的电子关联性（由于莫尔平坦带）预计会在电子轨道半满时将系统驱动至 Mott 绝缘体（即 ， 每莫尔晶胞一个电子） 。
Mott 绝缘体是电子之间强大的库仑斥力的结果 ， 即使电子存在于一个完美的晶格结构中 ， 也会使电子局域化（该想法最早由英国物理学家内维尔·弗朗西斯·莫特爵士（SirNevill Francis Mott）于 1949 年提出） 。
在没有库仑斥力时 ， 系统会在电子半满时呈现金属特点 。 现在 ， 当外部电场反转了 AB 堆积 MoTe2/WSe2 结构中的莫尔带 ， 并将其转化为拓扑态 ， 同样的库仑斥力可以驱动铁磁不稳定性 ， 从而自发破坏时间反转对称性 ， 一个 QAH 绝缘体 （量子反常霍尔绝缘体）就制作成功了！

文章图片
（来源：Nature）
Mott-to-QAH（莫特绝缘体到量子反转尔绝缘体）转变其实是通过调谐连续外部电场来反转莫尔带而引起的两种物质状态之间的变化 。 这种转变的有趣方面是 ， 与大多数已知的拓扑相变不同 ， 这种转变不会闭合转变点处的电荷隙 ， 这正是时间反转对称性破坏的独特结果 。
不过 ， 他也发现“Mott 到 QAH”的转变并没有显示出电荷间隙闭合 ， 对此他解释称 ， 微观机制在现阶段仍不是完全清楚的 ， 只能说当涉及转变的两个状态的对称性不相同时 ， 允许没有电荷隙闭合的拓扑相变 。
过去的许多理论研究都证明了这一点 。 在这个特殊的例子中 ， QAH 态是铁磁性的 ， 并且打破了时间反转对称性 。 而莫特态很可能是顺磁性的 ， 并且不会自发破坏时间反转对称性 。
因此 ， 系统的对称性在过渡点上发生变化（一个打破了时间反转对称性 ， 另一个没有） ， 这样的拓扑相变允许不存在电荷隙闭合的 。
由于手性边缘状态以 QAH 状态存在 ， 因此发生这种转变的唯一可能方法是通过突变的一阶相变实现 。 麦健辉预计 QAH-Mott 相混合物接近转变点 ， 这需要在未来的实验中进行验证 。