近五十年来，半导体产业取得了蓬勃发展。然而，随着大数据和人工智能时代的到来，信息的爆炸式增长使消费市场对半导体电子、微电子器件的数据存储密度和能效提出了新的要求。小尺寸器件中愈发显著的量子隧穿效应以及器件新制备技术所需的高昂成本，使得传统半导体器件和微电子器件的进一步发展面临巨大挑战。在此背景下，新材料和新型器件的探索成为应对此挑战极具潜力的方案之一。2004年，石墨烯的问世引起了学术界对二维材料的强烈关注，拉开了二维材料研究的序幕。至今，二维材料体系几乎涵盖了传统材料具备的所有功能属性，围绕二维材料的研究已延伸至各个领域。由于其独特的层状结构，二维材料表现出许多新颖的物理化学性质，满足未来市场对器件尺寸最小化和功能最大化的需求。不仅如此，由于二维材料层与层之间依靠范德瓦尔斯相互作用连接，可以与任意维度的材料组建异质结而不用考虑晶格适配的问题，对实现多功能电子器件，光电器件，自旋电子器件具有重要意义。在诸多二维材料体系中，黑磷、过渡金属硫族化物以及近来新兴的磁性二维材料展现出优异的性能，例如超高载流子迁移率和强的自旋轨道耦合作用，丰富的光电特性和自旋输运特性等，为未来新型纳米电子器件的进一步发展提供了更多的可能。尽管目前国际上已报道了这些材料的基本物性，但相关异质结构的物性及机理研究尚需要进一步探索。本论文围绕黑磷、(SnS2、WTe2)和磁性二维材料Fe3GeTe2，主要开展了异质结的制备和磁电输运性质研究。主要研究内容及结论如下:
　　(1)开展了黑磷(BP)二维材料及其异质结的磁电输运特性研究。通过制备BP和BP/SnSeS异质结场效应管，研究了沟道长度和栅压对黑磷及其异质结器件中电子输运机制的影响;通过改变异质结器件中BP沟道长度实现了多功能二极管和多态逻辑反相器功能。制备了BP/坡莫合金异质结，研究了该异质结的自旋轨道力矩效应，实验结果表明该异质结界面存在由黑磷镜面对称性破缺引起的面外自旋轨道力矩作用。
　　(2)开展了基于SnS2、WTe2及其异质结的磁电输运特性研究。首先以SnS2场效应管为载体，探究了固态离子液体[EMP]+[TFSI]-的栅调控能力。研究表明该离子液体单位面积电容为9.2×10-9F/cm2。进一步地，分别研究了WTe2/Py(面内磁各向异性)异质结和WTe2/Ta1nm/TbCo4nm/Al3nm(垂直磁各向异性)异质结体系的自旋轨道力矩效应。研究结果证明WTe2/面内（垂直）磁各向异性异质结界面处均存在强的自旋轨道力矩效应，并利用二次谐波法分析得到WTe2/垂直磁各向异性体系中自旋轨道耦合效率随着WTe2厚度的增大而增大，最大可达-0.14，高于常见的重金属Pt的数值。
　　(3)开展了磁性二维材料Fe3GeTe2及Fe3GeTe2/WTe2异质结的磁电输运特性研究。通过Fe3GeTe2薄膜的反常霍尔效应验证了Fe3GeTe2的本征垂直磁各向异性，同时观测到其居里温度Tc为164.5K。基于Fe3GeTe2薄膜的各向异性磁电阻效应，观察到Fe3GeTe2薄膜在120K附近会发生磁相变。研究了电流、磁场方向、温度对Fe3GeTe2/WTe2/h-BN异质结器件磁电阻效应的影响。发现在异质结中电流引起的焦耳热主导了器件磁电阻随电流的变化规律，而异质结的磁电阻具有强烈的各向异性且主要由薄膜的RH=xz决定。