半金属是指一类价带和导带仅有一小部分重叠、或带隙几乎可以忽略的材料。半金属的费米能级附近电子态密度接近于零，从而表现出与普通金属不同的性质。普通金属中的能带近似为抛物线型，可通过带边曲率等定义载流子有效质量。而在一些特殊的材料如石墨烯(Graphene)中，费米面附近的能带为线性形式，表明其电子的色散规律类似光子，是具有相对论性质的无质量电子，需要用狄拉克方程描述，因此石墨烯被归类为狄拉克半金属。如果将数学中的拓扑学引入到能带理论中，依据封闭曲面的拓扑分类方法引入拓扑不变量，则可对半金属材料进行进一步分类。目前拓扑半金属分为两类:拓扑狄拉克半金属(Topological Dirac Semimetals)和外尔半金属（Weyl Semimetals）。这些新的材料表现出一系列新奇的物理性质，并有望在未来电子器件领域得到应用。本博士论文的内容主要集中于半金属中个别体系的材料生长和相关基本物性的研究。　　石墨烯制备方面，主要采用碳化硅(SiC)热解法制备了平面外延石墨烯和自由站立石墨烯。在平面外延石墨烯生长中，为提高石墨烯质量，利用3C-SiC粉末高温分解的气态产物对4H-SiC或6H-SiC衬底进行预处理，得到的了具有整齐台阶的晶面，有利于平面石墨烯的生长。另一方面，通过热解6H-SiC晶片得到了自由站立石墨烯。该石墨烯具有极高的纯度、很好的晶体质量、以及较弱的层间耦合。此外，在化学气相沉积法生长石墨烯中，提出了新的金属箔衬底抛光工艺，并为实现对温度和气流更快更好的控制，重新设计了管路和气路。　　石墨烯物性方面，基于高纯、宏量的自由站立石墨烯，对石墨烯的本征抗磁性进行了研究，并结合理论分析揭示了无质量狄拉克费米子对磁场的响应特征。理论和实验发现:石墨烯在低温下的磁化强度随磁场表现为特殊的根号型依赖关系，M∝-√B，与常见的材料有较大差异。这个关系与石墨烯中取值为π的Berry相、特殊的线性能带结构及其宏观上特殊的磁性密切相关。石墨烯磁性随磁场和温度的依赖关系可以由一个稍加修饰的Langevin型函数表示出来。实验结果与理论预测在大小和趋势上都符合得很好。　　拓扑半金属晶体生长方面，选取了新近证实的外尔半金属TaAs家族为研究对象。通过优化晶体生长条件，发展了一种改进的化学气相传输法，得到尺寸接近1厘米的高质量TaAs单晶，得到的晶体呈现闪亮规则的多面体形状。此外，对相应化学反应中的热力学和动力学过程作了细致的考察。将该方法推广应用于其他过渡族金属砷化物和磷化物的生长，得到了整个TaAs家族四种化合物(TaAs、NbAs、TaP、NbP)的单晶，尺寸均可超过5毫米。　　外尔半金属物性方面，研究了TaAs家族四个体系的比热，得到了相关的热力学参数，定性讨论了化合物键强。对比了四种半金属材料的各向异性磁性数据，并通过求解德哈斯振荡周期获得了费米面形状和大小的信息。同时在电学方面，测量了磁场与电场垂直情况下由载流子补偿导致的超大磁阻效应。　　此外，总结了其他几种半金属材料的研究进展，包括超大磁阻材料NbAs2、电荷密度波材料TaTe2等。特别是得到了晶体质量极高的NbAs2，其剩余电阻率比值RRR＞1000，低温磁阻高达5×106％。