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近几年,对拓扑半金属的研究是凝聚态物理领域的前沿和热点之一。由于动量空间中Weyl/Dirac点附近的电子能带结构具有非平庸拓扑特性,三维拓扑半金属往往表现出许多奇特的物理性质,比如超高的载流子迁移率,负的纵向磁电阻(negative longitudinal magnetoresistivity,NLMR),平面霍尔效应(planar Hall effect,PHE),以及费米弧(Fermi-arc)表面态。相比于其他的拓扑半金属,Dirac半金属Cd3As2的电子结构相对简单,在费米能级处仅有一对受对称性保护的Dirac点,而且它还具有近似于球形的费米面。因此,Cd3As2为研究三维Dirac/Weyl半金属中的奇特输运性质提供了一个很好的平台。本文以Cd3As2纳米片为研究对象,用化学气相沉积的方法制备了高质量的Cd3As2纳米片单晶,用电子束曝光技术制备的标准的Hall-bar纳米器件,系统地研究了纳米片单晶的磁输运性质。具体的研究内容和结果如下:1)Cd3As2纳米片中的手性异常效应手性异常是拓扑半金属一个重要的输运特征,实验上常常把NLMR视为手性异常存在的证据,但NLMR也可以由其他机制导致。最近理论表明,实验上同时观测到NLMR和PHE可以作为手性异常存在的证据。在这一章,我们对高质量的Cd3As2纳米片中PHE进行了研究。实验发现,当磁场B与电场E相平行时,低温下观测到了比较大的NLMR。当面内旋转磁场时,观测到了与角度呈cos2 θ关系的平面纵向磁电阻ρxx,且当减去实验位置误差造成的磁阻分量后,得到的平面横向磁电阻ρPHExy表现出～sinθcosθ的行为,这与理论计算相一致。进一步的实验证明,随着温度的升高,NLMR和PyHE是同步减小的,且室温条件下依然存在,揭示了这两个效应具有相同的物理起源,即手性异常。在弱场极限下和量子极限下,ρPHExy的幅值与磁场分别成平方和线性关系。此外,我们还通过实验和理论分析排除了current jetting效应。我们的输运结果给出了在Weyl费米子系统中手性异常存在的确切证据。2)Cd3As2中费米弧表面态诱导的量子振荡Fermi-arc表面态最直接的观察手段是角分辨光电子能谱,但目前还没有在Cd3AS2上观测到Fermi-arc。理论表明,表面态Fermi-arc可以形成Weyl轨道,进而贡献量子振荡。在这一章,我们对Cd3As2中的Weyl磁轨道进行了量子振荡研究。实验发现,当磁场垂直于样品表面时,高场下Cd3As2纳米片存在一个额外的叠加在三维体态振荡中的二维量子振荡。通过对振荡周期对角度依赖的分析并结合理论计算,给出了高场下额外的二维量子振荡来源于上下表面Fermi-arc形成的Weyl磁轨道。此外,我们用非局域测量方法,发现Fermi-arc表面态振荡变得更加明显,而体态振荡被有效的抑制了。因此,我们的实验研究提供了一种研究Dirac/Weyl半金属中表面态Fermi-arc量子输运性质的有效方法。3)热处理调控Cd3As2纳米片的载流子浓度传统的调控技术一般要求样品的厚度很薄,而Dirac半金属Cd3As2在厚度小于60 nm时,体态会打开能隙并转变为能带绝缘体。因此,需要一种可行的方式有效调节半金属Cd3As2单晶的载流子浓度。我们的实验研究表明热循环处理可以有效的调控Dirac半金属Cd3As2纳米片的载流子浓度。随着热循环处理次数的增加,载流子浓度和迁移率会发生反常的演化。进一步的研究发现,随着体态费米能级的增加,表面态Fermi-arc的振荡以及手性异常导致的NLMR都会被明显地抑制,并且体态振荡的相位因子会发生反常移动。另外,我们还发现由于表面态与体态间的强耦合,Fermi-arc振荡会导致高场下三维体态振荡峰位置的移动。因此,我们的实验结果为有效调控Cd3As2纳米片中的载流子浓度提供了一种可行的方式。4)高温下负纵向磁电阻与弱反局域化效应的竞争我们系统的研究了高质量的Cd3As2纳米片中纵向磁电阻与弱反局域化(weak antilocalization,WAL)效应的竞争。实验发现,当外加磁场平行于电流时,在低温弱场下WAL效应导致的正磁阻几乎淹没了手性异常导致的NLMR。随着温度的升高,WAL效应逐渐地减弱并在200 K消失。相反地,NLMR在逐渐地增大,且在室温下依然存在。利用弱场下的半经典公式对实验测量数据的拟合,进一步地确认了NLMR和WAL这两个效应在高温下的竞争关系。经过仔细的分析,得到在Cd3As2纳米片中观测到的高温下NLMR和WAL间竞争关系可以归结为Cd3As2纳米片样品较低的载流子浓度。此外,我们还揭示了在外加磁场平行于电流时,实验上观测到的纵向磁阻由负变正所对应的临界磁场Bc,是体系进入量子极限状态的标志,而且非饱和的线性纵向磁电阻可以用线性量子磁阻理论来解释。我们的实验结果对深刻的认识拓扑半金属中奇特的磁输运性质具有重要的意义。