石墨烯和LaAlO3/SrTiO3异质界面是两种具有代表性的新兴二维电子系统。两者都具有丰富的物性,并且这些物性可以便捷地被电场所调控。由于两者均对各自的表面环境非常敏感,可以期待在两者组成的复合体系中,原有物性将被彼此通过近邻效应显著地调节,同时可能产生单一体系中无法具备的新颖物性。此外,该复合体系也是研究这两种性质迥异的二维电子系统之间相互作用的极佳平台。在本论文中,我们利用这种复合体系,对石墨烯的量子输运特性以及石墨烯与LaAlO3/SrTiO3界面之间的层间相互作用进行了研究。主要内容如下:1、LaAlO3/SrTiO3衬底上的石墨烯中显著增强的量子霍尔效应鲁棒性研究。通过利用5层的LaAlO3作为天然的背栅介电层,我们实现了高达1.59μF/cm2的超大栅极电容,这使石墨烯基场效应器件的操作电压显著减低。进一步地,我们在相对宽松的条件下实现了量子霍尔效应,例如,1.5 K/1.5 T以及150K/7 T。显著增强的量子霍尔效应鲁棒性归功于LaAlO3/SrTiO3对石墨烯中多种散射过程的有效抑制。基于此,该复合结构可以用于发展宽松条件下的量子霍尔电阻标准。2、源于超大栅极电容的宽量子霍尔平台现象研究。在LaAlO3/SrTiO3衬底上的石墨烯中,我们成功在非常宽的磁场、栅压区间内实现了填充因子为v=±2的量子霍尔平台,例如从2T延展到最高可用的9T磁场。根据能带示意模型,我们对该现象进行了分析,结果表明宽平台现象源于由超薄LaAlO3层作为介电层所带来的超大栅极电容。常见的宽平台现象源于石墨烯与界面态间的电荷转移,但在本体系中贡献甚微。这种利用大栅极电容的新方法可以拓展至其他石墨烯基体系以及更普遍的二维材料体系,用于优化材料的量子输运表现。3、石墨烯与超导的LaAlO3/SrTiO3界面之间的超流拖拽效应研究。我们发现,在由两者构成的电双层结构中,当且仅当LaAlO3/SrTiO3界面处于超导转变过程中时,石墨烯中的驱动电流可以在LaAlO3/SrTiO3界面中诱导出非零的拖拽电压信号。得益于极小的层间距以及两者的高可调控性,该结构中的层间耦合效应非常强,耦合率在零温极限下可达50倍。基于此,该复合结构在新型超导电子学器件的发展中将具有潜在的应用价值。不仅如此,该效应在多种外场作用下的演化行为,尤其是随载流子浓度、载流子极性、温度的特殊依赖关系,说明其源于一种全新的微观机制。我们的研究将促进人们利用新兴的二维电子系统,特别是具有长程序的二维电子系统,进一步探索异质结构中的层间耦合效应。