随着纳米材料和量子物理的发展，石墨烯因其卓越的电子性质成为凝聚态物理和材料科学领域的研究热点。尤其是在自旋电子学领域，石墨烯因其优异的载流子迁移率和较长的自旋弛豫时间，为实现高效自旋传输提供了理想的二维平台。然而，要实现拓扑保护的自旋极化输运，单纯的石墨烯尚难满足条件，因为其本身的自旋轨道耦合较弱，且缺乏自发磁性。近期的研究表明，将石墨烯与磁性层通过范德瓦尔斯异质结构形式紧密结合，可借助邻近效应诱导强烈的自旋轨道耦合和交换相互作用，使得石墨烯的能带结构发生根本变化，从而出现拓扑性质显著的量子自旋霍尔（QSH）效应。量子自旋霍尔效应作为拓扑绝缘体的一种表现形式，因具有无耗散、对散射和缺陷鲁棒性的自旋极化边缘态，而成为自旋电子学和量子信息处理中的理想候选机制。但传统实现QSH效应需低温或较强外磁场，这限制了其实际应用。
近年来，研究团队通过引入具有抗磁性的层状化合物——如CrPS4到石墨烯，以实现邻近诱导的交换场和自旋轨道耦合，不仅成功在无外磁场条件下观察到QSH态，还发现伴随出现的大 anomalous Hall (AH) 效应，且此效应可在室温下持续存在，极大地推动了磁性石墨烯在量子自旋电子学中的应用潜力。CrPS4作为层状抗铁磁半导体，具有~38K的尼尔温度和约1.3eV的带隙，其独特的磁结构和晶体构型使其能在与石墨烯结合后，通过层间相互作用有效调控石墨烯的电子自旋态。利用高灵敏的SQUID磁强计测量，揭示了该材料层间的自旋翻转转变以及磁矩随外场方向的倾斜变化，这些磁性调控直接影响石墨烯中的电荷输运特性，从而产生明显的AH电阻信号，且在高达300K的温度仍可检测到，显示出极强的邻近磁性效应。通过制备hBN/石墨烯/CrPS4的三明治式异质结构，并制成具有多通道的霍尔条形器件，研究团队借助低温量子输运实验，观察到在零外磁场条件下，石墨烯的纵向电阻呈现出明显的量子化台阶，导电度接近2e²/h（e为电子电荷，h为普朗克常数），这是典型的QSH状态拓扑边缘态的标志。进一步利用多终端测量及不同的电极配置，符合Landauer-Buttiker模型预测的输运特征，确认了边缘的自旋极化反向行进态。量子霍尔效应相关的朗道能级隨顶电压调控展现出线性范式，通过分析施密特－德哈斯振荡与温度关系，提取出载流子有效质量及费米速度，证实在磁性邻近下石墨烯仍保持其优异的线性色散特性。
同时，零能级朗道能级附近的微小展宽及边缘态的稳定性强烈支持拓扑性的边缘态输运。值得注意的是，观察到的QSH态并非严格意义上的时间反演对称保护，因为磁邻近效应引入了时间反演对称性的破缺；然而，由於自旋轨道与交换场的巧妙竞合，拓扑保护的螺旋态依然存在，表现出交换耦合与SOC的复杂相互作用。有理论模型指出，在一定参数范围内，此类系统可在QSH与量子反常霍尔（QAH）态间切换，使其成为研究拓扑相变和多态器件的理想平台。该体系实现了室温范围内可操作的自旋极化输运，促进了利用二维磁性材料与石墨烯结合设计新的量子器件的可能。未来可望通过调控外加电场、界面优化及原子级带隙工程，实现更强的交换场、提高迁移率及开启多模态量子态操作。磁性石墨烯的QSH效应不仅为凝聚态物理领域提供了丰富的研究内容，也极大丰富了自旋电子学器件设计理念，推动了低功耗、高效、拓扑保护自旋流的实现。
当前，伴随着材料合成技术和器件微加工的进步，磁性石墨烯平台具备了进入实际量子信息处理中量子自旋传输通路的潜力，成为未来量子通信、自旋逻辑和储存技术不可忽视的候选方案之一。综上所述，磁性石墨烯中的量子自旋霍尔效应集成了邻近诱导的强自旋轨道耦合和磁交换相互作用，实现了无外加磁场的拓扑边缘态输运，为量子自旋电子学带来革命性的突破。通过对CrPS4-石墨烯异质结构的深入实验和理论研究，科学家们揭示了实现QSH态的关键机制，及其在室温条件下的稳定性，奠定了磁性二维材料在未来拓扑量子器件领域发展的基石。随着研究的不断深入和技术的逐步成熟，磁性石墨烯有望成为引领量子自旋电子学新时代的重要材料，激发出前所未有的功能器件和信息处理方法。
