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传统的电子输运只涉及电子的电荷属性而忽略了其另一内禀自由度——自旋，这使半导体工业步入以自旋作为输运对象的新领域提供了契机和可能。对于自旋相关的输运，由于存在着许多实际可行的应用，在过去的几十年里，自旋电子学这一新兴领域已然引起众多科学家的关注。同时，在实际生产中，实现能够控制自旋并能形成稳定甚至量子化的自旋流的元器件也已成为介观输运领域中极为重要的研究课题。早在上世纪八十年代，Thouless和Niu在有能隙的费米系统中提出了量子化的绝热电子泵浦，当系统周期性的静电势绝热地变化一个周期，系统就会泵浦整数个电子。自此以后，绝热量子泵浦的相关理论以及实验层出不穷。近些年来，低耗散甚至无耗散的自旋极化泵浦已经成为关注的焦点。实现绝热自旋泵浦的一种途径就是使系统的某些可控参量进行周期性地变化，从而实现自旋在绝缘体结构中的输运。这种自旋泵浦的方法已经在量子点结构中得以实现。另一种途径就是利用量子自旋霍尔效应以产生自旋流，由于系统的拓扑特性，这一自旋流可能是精确量子化的。基于后一种途径，Fu和Kane在弱耦合的极限下提出了Z2绝热自旋泵浦，他们考虑了一个一维紧束缚模型，当该系统的哈密顿量经过一个周期的绝热变化，定义的Z2泵浦函数表明在每一个变化周期中系统会泵浦有限但非量子化的自旋。正如陈数用以表征拓扑性的电荷泵浦，Z2泵浦用Z2指标来描述。这意味着Z2泵浦与量子自旋霍尔效应有着密切的联系并受时间反演对称性保护。然而，这一虚构的模型如何应用于实践仍不得而知，而且这一理论无法应用于时间反演对称性破缺的系统。此外，从应用的角度出发，将Z2泵浦的思想推广至高维度的系统是没有意义的。因此，当系统的时间反演对称性破缺时该系统的拓扑自旋泵浦是否仍然存在,这是一个值得深究的课题。幸运的是，基于自旋陈数的概念，既使系统的时间反演对称性被破坏，其体拓扑性质并未失真。在论文中，我们探究一个开放系统，系统模型与Fu和Kane于2006年提出的模型一致。在泵浦系统与电极间强耦合的情况下使用散射矩阵理论，我们发现此系统的自旋泵浦仍然存在并且不受磁性杂质的干扰。正因如此，这一自旋泵浦过程不再由Z2泵浦理论解释，即它与无能隙的边缘态不存在实质性的联系。换言之，这一自旋泵浦过程仅仅依赖于系统的体拓扑性质，即由自旋陈数描述。通常，我们称这一自旋泵浦为自旋陈泵浦，以区别于Z2泵浦。论文主要包括以下三个部分: 在第一章中，简要介绍与本文相关的实验和理论背景，处理问题的理论方法以及文中所涉及的物理概念等。 在第二章中，我们提出了一个一维的电子模型，其参数是时间的周期函数且随时间绝热地变化，当这些参数不断变化时该泵浦系统能持续地向电极泵浦自旋。通过傅里叶变换，我们发现该系统的能变谱结构存在能隙并且有一边缘态穿过这一能隙，这意味着这一系统是拓扑非平庸的。此外，通过定义自旋极化瓦尼尔函数，我们发现这一自旋泵浦过程是受自旋阵数所保护而不依赖于任何对称性，从而，在受到破坏时间反演对称性和自旋守恒的扰动时这一自旋泵浦过程仍是稳定的。同时，我们利用散射矩阵的方法计算系统的自旋泵浦函数，发现既使存在弱磁性杂质该系统每个周期泵浦的自旋仍是量子化的。最后，我们将本文提出的观点与以前的理论，如Z2泵浦理论，作了一下对比，并提出了在实验上直接观察自旋陈数的方法。 在论文的最后一章，我们对论文做了一个总结并对未来的研究做了展望。