因其所服从的非阿贝尔统计,在凝聚态物理领域,Majorana零能模引起了人们的广泛关注。理论学者提出了许多方案用于寻找Majorana零能模,而基于拓扑绝缘体的约瑟夫森三结体系正是其中一种可扩展且易于调控的方案,具备广阔的前景。目前已有实验证据表明了这一方案的可行性,未来也有望被用于制造可容错的量子计算机。本论文主要围绕这一方案展开研究,同时也利用三结研究了反常约瑟夫森效应,并探索了利用基于拓扑绝缘体的约瑟夫森结制备超导量子比特。本论文分为以下三个部分:第一部分介绍了基于拓扑绝缘体的多端约瑟夫森结。约瑟夫森三结的中心点能够产生Majorana零能模,为了研究两个Majorana零能模之间的相互作用,我们在拓扑绝缘体的表面上制备了包含两个三结的复合器件。通过对两个三结的相位参数的独立调节,我们在每个三结上都观测到了能隙的完全关闭以及符合理论预言的相图。随后,我们同时让两个三结进入能隙关闭区域,观测能否看到因相互耦合而导致的能隙打开。结果发现,即使我们改变两个中心点之间的距离以及施加面内磁场,均未能观测到能隙的再次打开,这一实验现象还有待进一步的分析研究。第二部分论述了我们在约瑟夫森三结上观测到的反常约瑟夫森效应。在第一部分的实验中,当施加面内磁场时,我们发现在复合器件的结区会积累额外的相位。为了更好地研究这一现象,我们制备了“T”型约瑟夫森三结,发现这一现象在磁场方向依赖上展现出强各向异性,导致原始的马约拉纳相图发生变化。分析表明,我们在约瑟夫森三结中明确观测到了反常约瑟夫森效应,且不受垂直分量的影响。第三部分展示了我们基于拓扑绝缘体制备超导量子比特的一些初步工作。在量子计算领域,超导量子计算是其中一种成熟且备受关注的技术路线,其测量技术有助于我们验证Majorana零能模的存在以及实现拓扑量子计算。我们首先制备了传统的Al-Al2O3-Al约瑟夫森结超导量子比特,并对其进行了表征。然后,依据同样的工艺流程和测量方式研究了基于拓扑绝缘体约瑟夫森结的超导量子比特。通过高频测量的手段,我们对器件进行了表征,并得到了初步的实验数据。结果表明,后续还需要进一步提升基于拓扑绝缘体的约瑟夫森结的质量。以上三个工作有助于加深人们对约瑟夫森三结以及对反常约瑟夫森结效应的认识和理解,并提供了一种有别于通过磁通来调节三结相位的实验方法,对在多端约瑟夫森体系中研究拓扑量子现象和寻找Majorana零能模起到一定的帮助作用。