The importance of global band topology is unequivocally recognized in condensed matter physics, and new states of matter, such as topological insulators, have been discovered. Owing to their bulk band topology, 3D topological insulators possess a massless Dirac dispersion with spin–momentum locking at the surface. Although 3D topological insulators were originally proposed in time-reversal invariant systems, the onset of a spontaneous magnetization or, equivalently, a broken time-reversal symmetry leads to the formation of an exchange gap in the Dirac band dispersion. In such magnetic topological insulators, tuning of the Fermi level in the exchange gap results in the emergence of a quantum Hall effect at zero magnetic field, that is, of a quantum anomalous Hall effect. Here, we review the basic concepts of magnetic topological insulators and their experimental realization, together with the discovery and verification of their emergent properties. In particular, we discuss how the development of tailored materials through heterostructure engineering has made it possible to access the quantum anomalous Hall effect, the topological magnetoelectric effect, the physics related to the chiral edge states that appear in these materials and various spintronic phenomena. Further theoretical and experimental research on magnetic topological insulators will provide fertile ground for the development of new concepts for next-generation electronic devices for applications such as spintronics with low energy consumption, dissipationless topological electronics and topological quantum computation.

凝聚态物理清楚地认识到了全局能带拓扑的重要性，并且已经发现了诸如拓扑绝缘体之类的新的物质状态。由于其体带拓扑，3D拓扑绝缘体具有无质量的狄拉克色散，其自旋动量锁定在表面。尽管3D拓扑绝缘体最初是在时间可逆不变系统中提出的，但自发磁化的开始或等效的破碎的时间可逆对称性会导致Dirac色散中形成交换间隙。在这样的磁性拓扑绝缘体中，在交换间隙中费米能级的调谐导致在零磁场下出现量子霍尔效应，即量子异常霍尔效应。这里，我们回顾了磁性拓扑绝缘子的基本概念及其实验实现，以及对它们的出现特性的发现和验证。特别是，我们讨论了通过异质结构工程开发量身定制的材料如何使量子异常霍尔效应，拓扑磁电效应，与这些材料中出现的手性边缘态有关的物理学以及各种自旋电子现象成为可能。磁拓扑绝缘子的进一步理论和实验研究将为下一代电子设备的新概念的发展提供沃土，这些新概念将用于低能耗的自旋电子学，无耗散拓扑电子学和拓扑量子计算等应用。以及发现和验证其紧急特性。特别是，我们讨论了通过异质结构工程开发量身定制的材料如何使量子异常霍尔效应，拓扑磁电效应，与这些材料中出现的手性边缘态有关的物理学以及各种自旋电子现象成为可能。磁拓扑绝缘子的进一步理论和实验研究将为下一代电子设备的新概念的发展提供沃土，这些新概念将用于低能耗的自旋电子学，无耗散拓扑电子学和拓扑量子计算等应用。以及发现和验证其紧急特性。特别是，我们讨论了通过异质结构工程开发量身定制的材料如何使量子异常霍尔效应，拓扑磁电效应，与这些材料中出现的手性边缘态有关的物理学以及各种自旋电子现象成为可能。磁拓扑绝缘子的进一步理论和实验研究将为下一代电子设备的新概念的发展提供沃土，这些新概念将用于低能耗的自旋电子学，无耗散拓扑电子学和拓扑量子计算等应用。我们讨论了通过异质结构工程开发量身定制的材料如何使量子异常霍尔效应，拓扑磁电效应，与这些材料中出现的手性边缘态相关的物理学以及各种自旋电子现象成为可能。磁拓扑绝缘子的进一步理论和实验研究将为下一代电子设备的新概念的发展提供沃土，这些新概念将用于低能耗的自旋电子学，无耗散拓扑电子学和拓扑量子计算等应用。我们讨论了通过异质结构工程开发量身定制的材料如何使量子异常霍尔效应，拓扑磁电效应，与这些材料中出现的手性边缘态相关的物理学以及各种自旋电子现象成为可能。磁拓扑绝缘子的进一步理论和实验研究将为下一代电子设备的新概念的发展提供沃土，这些新概念将用于低能耗的自旋电子学，无耗散拓扑电子学和拓扑量子计算等应用。与出现在这些材料和各种自旋电子现象中的手性边缘态有关的物理学。磁拓扑绝缘子的进一步理论和实验研究将为下一代电子设备的新概念的发展提供沃土，这些新概念将用于低能耗的自旋电子学，无耗散拓扑电子学和拓扑量子计算等应用。与出现在这些材料和各种自旋电子现象中的手性边缘态有关的物理学。磁拓扑绝缘子的进一步理论和实验研究将为下一代电子设备的新概念的发展提供沃土，这些新概念将用于低能耗的自旋电子学，无耗散拓扑电子学和拓扑量子计算等应用。