拓扑绝缘体是近年来凝聚态物理领域革命性的发现，它是一种体内部表现为绝缘体，但其表面（或边缘）却存在受拓扑保护的导电状态的材料。这种奇特的“表里不一”特性，源于其电子能带结构的拓扑性质。“拓扑”是一个数学概念，描述物体在连续变形下保持不变的整体性质（如一个球和一个环洞数不同）。在拓扑绝缘体中，其体能带结构具有一种非平庸的拓扑序，这种整体性质“迫使”材料的边界必须出现导电的“边缘态”或“表面态”。这些表面电子非常特殊：它们的自旋与运动方向锁定（自旋-动量锁定），且受到拓扑保护，意味着普通的杂质或缺陷很难使其发生背向散射，因此可以实现无损耗或低损耗的电子传输。这一特性使其在自旋电子学和未来量子计算中极具潜力，例如可用于制造能耗极低、发热量小的新型电子器件，或作为实现马约拉纳费米子的平台，构建更稳定的拓扑量子比特。对拓扑物态的研究，正引领我们进入一个按拓扑分类物态的新时代。
