传统半导体量子阱作为准二维系统,沿其生长方向呈现很强的量子限制效应,在量子调控、光电转换、器件设计等方面具有广泛应用,如半导体激光器、发光二极管、自旋电子器件等。同时,该类异质结构中（如Ga In As/Al In As量子阱）一般具有明显的自旋轨道耦合效应。自旋轨道耦合将电子的自旋自由度与轨道自由度通过有效磁场耦合在一起,进而使自旋的电学调控成为现实。自旋轨道耦合一般包括Rashba和Dresselhaus两种类型,是实现诸多自旋电子器件必须考虑的核心因素,前者来自系统的结构反演不对称,可以通过外加门电压、掺杂等手段进行调节;后者源于材料本身的体反演不对称,其强度主要取决于量子阱的束缚强弱（如阱高）。随着对传统半导体准二维系统中自旋轨道耦合效应研究的不断深入,新型二维材料（如过渡金属硫化物（TMDC））中自旋和谷相关的物理性质更是在一定程度上引起了科学家们的广泛关注。在单层TMDC材料中,由于空间反演对称性破缺,两个不等价的能谷（即和′谷）具有非零的磁矩。并且,材料中的强自旋轨道耦合效应引起谷完全相反的自旋劈裂,这导致电子自旋自由度与谷自由度的相互锁定,使得材料遵循自旋和谷相关的光学跃迁选择定则。此外,基于能谷的磁矩属性,可以通过磁场对其进行操控,一方面,垂直（面外）磁场导致谷塞曼效应;另一方面,平行（面内）磁场可使激子的亮态与暗态发生混合,使得暗态也可以发光。半导体异质结构中的自旋轨道耦合效应与新型二维材料中的谷极化磁学响应均为当前自旋电子学、谷电子学、材料科学领域研究的前沿与热点。本论文围绕传统半导体准二维系统中的双带Rashba自旋轨道耦合（第二章）以及单层TMDC中激子和带电激子在外磁场下的谷动力学行为（第三、四两章）均做了系统研究,具体内容如下。在第一章中,我们简要介绍了半导体材料的发展情况、半导体准二维系统以及自旋轨道耦合效应（含Rashba与Dresselhaus）与应用等;讨论了单层过渡金属硫化物的材料性质以及激子、带电激子的自旋与能谷构型;突出了自旋轨道耦合效应和谷极化磁学响应的研究意义。在第二章中,基于传统半导体阶梯量子阱,我们构建了电子的双带Rashba自旋轨道耦合模型,并通过自洽求解泊松方程与薛定谔方程确定了带内、带间自旋轨道耦合效应。通过调节外加门电压或阶梯阱内的势垒高度,一方面,实现了双带Rashba自旋轨道耦合的常规调控,即两个子带的Rashba系数符号相同且随外加门电压的变化趋势一致;另一方面,发现了Rashba自旋轨道耦合的非常规调控,此时两个子带的Rashba强度随门电压呈相反的变化趋势,这对实现自旋轨道耦合的选择性调控具有重要意义。并且,在非常规调控的图景下,两个子带Rashba系数的符号也是相反的,这为在阶梯量子阱中实现持续斯格明子晶格提供了可能[Phys. Rev. Lett. 117, 226401 （2016）]。此外,对于带间自旋轨道耦合,虽然其强度几乎不随门电压变化,但却诱导了能带的交叉与反交叉行为。在第三章中,针对单层过渡金属硫化物,我们建立了垂直磁场下激子与带电激子的谷动力学模型,确定了光致发光强度和谷极化率对磁场的依赖关系。计算表明,激子和带电激子的谷极化磁学响应分别呈现X形和V形,与Aivazian等人的实验结果一致[Nat.Phys.11,148（2015）]。我们发现激子与带电激子截然不同的谷极化磁学响应源于带电激子的精细结构。在第四章中,我们探讨了平行磁场下亮激子与暗激子的混合机制,构建了平行磁场和倾斜磁场下激子与带电激子的谷动力学模型,研究了暗激子与暗带电激子的发光性质。我们计算的暗激子与暗带电激子发光强度与Zhang等人的实验结果吻合[Nat.Nanotech 11,148（2015）]。同时,我们亦对暗激子与暗带电激子在倾斜磁场下的谷极化率进行了理论预测,并讨论了磁场倾斜角度对谷极化磁学响应的影响。在第五章中,我们对本论文作了总结与展望。上述工作阐明了传统半导体准二维系统中的带内与带间Rashba效应,明确了自旋轨道耦合的常规调控与反常规调控;对于新型二维材料,确定了垂直磁场下单层TMDCs中激子与带电激子的谷塞曼劈裂,揭示了平行磁场下暗激子与暗带电激子的发光性质,相关结果可为自旋调控、谷调控以及新型自旋与谷电子器件的设计和开发起到指导和推动作用。