二维材料为实现新奇量子效应、探索新物理和实现新型量子器件提供了重要的材料体系。通过把不同的准二维材料人工堆叠形成异质结,利用界面处周期性势场和序参量的耦合,可以进一步调控材料的性质,实现单个材料所不具有的特性。本论文针对三种各具特点的二维材料异质结(石墨烯/氮化硼、双层转角石墨烯和拓扑绝缘体/高温超导体)开展研究,取得以下重要成果。1.利用角分辨光电子能谱,在石墨烯/氮化硼范德华异质结中,首次测量到了高分辨率的能带结构,直接揭示了由于晶格失配引起的摩尔周期性势场导致的第二级狄拉克锥的能谱,并且指出在石墨烯的原始狄拉克锥和第二级狄拉克锥处均存在能隙。该工作揭示了空间反演对称性破缺在异质结能隙和能带调控中的重要性,为理解这个典型范徳华异质结的新奇量子物理提供重要的实验依据。2.在更简单的“范德华异质结”-双层转角石墨烯中,利用具有纳米级别光斑的角分辨光电子能谱(Nano-ARPES),首次测量到大小仅为微米量级的6?双层转角石墨烯的能带结构,发现由于原始狄拉克锥和复制狄拉克锥的杂化形成的第二级狄拉克锥,并且其能量位于范霍夫奇点以下,从而揭示了双层转角石墨烯输运上观测到的霍夫斯塔特蝴蝶态自相似能谱的起源,并且指出通过把同种材料通过不同旋转角度堆垛形成的结构,也可以实现与范得华异质结类似的能带调制作用。3.首次研究了拓扑绝缘体和高温超导体形成的Bi2Se3/Bi2Sr2Ca Cu2O8+δ异质结的能带结构。利用角分辨光电子能谱,直接观测到由于界面超导近邻效应,在拓扑绝缘体的表面态中打开的高达15 me V的超导能隙,表明这个新体系有望实现在拓扑量子计算中具有重要应用潜力的“马约拉纳零能模”。上述例子为我们展示了二维材料异质结的丰富物理。二维材料异质结无疑是一个蕴含重大科学发现的重要研究领域,未来还有更多的可能性和更多的新物理、新应用等待我们去探索。