根据Floquet-Bloch定理，圆偏振光或椭圆偏振光的照射同样可以打破时间反演对称性，从而在非磁性的拓扑绝缘体中诱导产生量子反常霍尔效应，即陈绝缘态。这种方法打破了长程铁磁序的限制，因此只需调控得到足够大的全域能隙便可支持超室温的陈绝缘态。

来自中国科学院物理研究所的孟胜研究员团队，提出了采用圆（或椭圆）偏振光场激发的方法，在非磁性的单层IV族烯类材料中打破时间反演对称性，诱导产生陈绝缘态。他们通过计算发现：在广泛的激光参数范围内，硅烯和锗烯均可以实现基于K(K’)谷处的超大能隙（≥35 meV）陈绝缘态（C= +2），以支持超室温的量子反常霍尔效应，其实现温度只由体系全域能隙的决定。对于硅烯而言，只需1.0 eV的光子能量和约150 V/c以上的激光振幅，甚至可以在该体系种获得超过100 meV的超大能隙陈绝缘态。

图1.利用光场激发在非磁性的单层IV族烯类材料中诱导产生大能隙陈绝缘态

图2.光诱导产生Floquet-Bloch能带结构及其随光场强度的变化

图3.硅烯受激光调控产生量子反常霍尔态的相图

除此之外，本研究还揭示了这类材料中光致陈绝缘态的其他属性：1)不可忽略的自旋轨道耦合强度导致了量子自旋霍尔效应→量子反常霍尔效应的相变过程。自旋轨道耦合强度越大，在同等光子能量条件下该相变所需的激光振幅越高。2)由于体系含空间反演对称性，在光场的激发下体系谷简并度仍然保持，但自旋简并度被完全破坏，产生完全相反的劈裂方向。其中一种自旋对应的能隙不断单调增大；另一种自旋对应的能隙则产生了闭合、再打开的过程。前者陈数保持不变（+1），后者出现了陈数的跳变（从-1至+1），从而导致体系发生陈数从0至+2的相变过程。3)改变入射光的偏心率或者入射角同样可以改变拓扑相变所需的激光振幅和频率。当入射光偏心率或入射角越大时，其对拓扑相变的调控能力越低。当入射光偏心率达到1（即线偏振光）或入射角达到90°（即平行于表面入射）时，体系的能带结构和拓扑态将保持不变。

综上所述，该研究首次提出了摆脱长程铁磁序限制、在非磁拓扑绝缘体中实现超室温量子反常霍尔效应的新赛道。该文近期发表于 npj Computational Materials 11：160(2025)，英文标题与摘要如下，点击左下角“阅读原文”可以自由获取论文PDF。

Light-induced above-room-temperature Chern insulators in group-IV Xenes

Zhe Li, Haijun Cao & Sheng Meng 

Floquet engineering provides a versatile platform for realizing and manipulating diverse exotic topological phases inaccessible in equilibrium. Under the irradiation of circularly or elliptically polarized light, the sizable spin-orbit couplings in group-IV Xene materials (e.g., silicene, germanene, stanene) lead to topological phase transitions (TPT) from quantum spin Hall (QSH) to quantum anomalous Hall (QAH) states, governed by spin-degeneracy broken with band closing and reopening process in one of the spin components. Fascinatingly, a large gapped (≥35 meV) QAH effect with a Chern number C = ± 2 can be introduced under a wide range of laser parameters, lifting limitations of conventional atomic building blocks to achieve long-range magnetism and enabling Chern-insulating behaviors above room temperature. A complex phase diagram for such TPTs is predicted. This work addresses transitions between two-dimensional QSH and QAH states via Floquet engineering, which will stimulate experimental realization of above-room-temperature QAH in group-IV Xenes.