量子材料如拓扑电子材料和二维材料,在凝聚态物理学和材料科学研究中引起了极大的关注。拓扑电子材料如拓扑绝缘体和拓扑半金属,可以成为在固体能带中寻找奇异准粒子激发的绝好平台。二维材料在电子器件应用上有光明的前景。有关量子材料的研究充满了机遇和挑战。作者在本文中对于两种典型的量子材料体系,Bi基三维拓扑绝缘体和WTe2化合物家族的电学性质进行了调控与研究,力图为量子材料和凝聚态物理研究提供详实可靠的实验结果和物理机制。Bi基三维拓扑绝缘体是一类在时间反演对称性保护的拓扑表面态上有单个Dirac锥的Z2拓扑绝缘体,具有体带隙大,拓扑表面态能带结构简单等特点。我们通过熔融法成功获得了高质量的本征拓扑绝缘体单晶BiSbTeSe2和Sn-Bi1.1Sb0.9Te2S。发现在体材料中,就能够提取拓扑表面态的输运信号。体热激发带隙分别为30meV和100meV,二维电阻率在低温下为kΩ左右。通过角分辨光电子能谱和量子振荡对这两种材料能带结构的研究,发现拓扑表面态的能带结构非常理想。在BiSbTeSe2和Sn-Bi1.1Sb0.9Te2S制成的器件中,我们观测到了拓扑表面态的量子Hall效应,实现了真正Dirac Fermi子的电输运。WTe2则是同时具备多种奇异性质的新型最子材料。WTe2最为人关注的性质,是其抛物线型的不饱和磁电阻现象。我们通过化学气相输运法生长了高质最的WTe2单晶。通过从磁输运数据得到的迁移率谱,我们证明了该材料中的电荷-空穴平衡机制,电子空穴浓度差异小于2%,成功的解释了该材料中的磁阻现象,并发现了微小的线性磁电阻信号。我们和合作者之后通过高压的手段,成功的破坏了电子-空穴平衡,并且调控了磁电阻。伴随着压力下态密度的上升,我们成功观察到了WTe2中的超导电性,并且获得了压力下拱形的超导转变相图。超导在2.5GPa下出现,最高超导转变温度在16.8GPa,为7K。WTe2的姊妹化合物具有新的性质。通过对其进行Mo掺杂,我们可以得到其姊妹化合物MoxW1-xTe2。理论预言该体系为第二类Weyl半金属。我们和合作者通过pump-probe角分辨光电子能谱在实验上第一次揭示了该体系的第二类Weyl态,观测到了拓扑表面态Fermi弧。我们发现该体系中x = 0.25时,有Weyl点在Fermi能级上。在x～0.07时,能够观察到拓扑相变,从WTe2的拓扑平庸态进入MoxW1-xTe2的第二类Weyl态。我们通过脉冲场下的量子振荡,成功的获得了该体系Fermi面的演化。我们也发现MoxW1-xTe2在掺杂后,WTe2中的抛物线型不饱和磁电阻仍然保持,电子空穴平衡未被破坏。作者还研究了该体系中的各向异性磁电阻。