拓扑绝缘体是一类新的量子物质态，拥有拓扑非平庸的体能带和受时间反演对称性保护的无能隙边界态。对于强自旋轨道耦合导致的三维拓扑绝缘体（以下简称“拓扑绝缘体”），其表面态由无质量的狄拉克费米子构成，且自旋方向和动量方向保持垂直锁定。这一独特的电子结构导致了拓扑绝缘体表面态具有许多有趣的量子输运性质，例如:安德森局域化的缺失、半整数量子霍尔效应和电流诱导的自旋扭矩，等等。实验和理论已经证实，对于弱无序条件下的扩散输运，三维拓扑绝缘体表面态电子的兀贝里(Berry)相位会带来反弱局域化，并在低温下表现为尖锥形的负磁电导和对数型的电阻-温度关系。通过化学势调控等方法可以改变拓扑绝缘体体态的导电程度及其与表面态之间的耦合强度，利用反弱局域效应可以探测由此产生的不同输运类型，包括表面态和体态耦合在一起的单通道量子输运、上下表面态间脱离耦合的双通道输运，等等。在本论文工作中，我们利用单栅或双栅极结构的场效应器件，实现了对拓扑绝缘体薄膜中化学势及量子输运类型的有效调控。　　本研究主要内容包括：⑴拓扑绝缘体超薄膜的输运性质:利用三维拓扑绝缘体超薄膜中表面态杂化所形成的能隙，并结合精确的厚度控制和化学势调控，可以在很大范围内改变样品中的无序程度。我们在强无序的超薄膜中观察到了电导为变程跃迁类型的安德森局域化行为，具体表现为电阻对温度的指数依赖和低磁场下的正磁电导。在弱无序（扩散型输运）和强无序（变程跃迁型输运）之间的过渡区，我们观测到:随着无序程度的增强，由反弱局域效应导致的负磁电导逐渐被抑制。这一结果说明无序在这些拓扑绝缘体超薄膜输运中起重要作用，而不是此前被广泛接受的由贝里相位改变带来的从反弱局域到弱局域的转变。⑵三维拓扑绝缘体中的电子退相干机制:电子退相干(dephasing)过程与很多量子输运特性密切相关，例如:弱局域化、反弱局域化、Aharonov-Bohm效应和Altshuler-Aronov-Spivak效应等。我们通过对可调控薄膜样品量子输运性质的测量研究了三维拓扑绝缘体的电子退相干机制。我们发现:当体态导电较好时，由磁电导提取出的退相干速率的温度依赖关系与电子-电子相互作用的机制相符合;而当表面态脱离耦合时，退相干速率的温度依赖关系明显偏离电子-电子相互作用对应的行为。我们结合理论分析和已有的实验结果,提出了由局域化体态导致的表面态电子退相干这一新机制。