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拓扑绝缘体的体态是绝缘体,能隙之中存在Dirac锥构成的表面态。3D Dirac半金属的体态是三维的Dirac锥,表面则是费米弧态。ZrTe5是拓扑绝缘体家族中比较特殊的一类,其体态不是普通的绝缘体,而是有限能隙的3D Dirac态,能隙小于1OOmeV。在碘输运法生长的ZrTe5单晶中,低温下费米能级处在导带中,适用于研究ZrTe5的体态性质。Te助熔剂法生长的ZrTe5单晶,其费米面接近Dirac点,可用于研究表面态的性质。本文利用输运、磁和微波测量手段,系统研究了 ZrTe5的体态和表面态性质。主要内容包括:1、碘输运ZrTe5的输运和磁性质。碘输运ZrTe5的电阻异常TP=143K,低温下载流子为电子型,费米能级处在导带中约70meV的位置,费米面满足3D Dirac半金属的三维极小费米面,电子有效质量约为0.015me。磁电阻强烈地依赖于温度,表现出线性磁阻、三维弱反局域化磁阻和普通磁阻之间的竞争,且在TP处表现出最大的磁阻。当磁场和电场平行时,载流子表现出手性磁效应。碘输运ZrTe5的体态电子表现出3D Dirac费米子的特性。2、碘输运ZrTe5的尺寸效应。ZrTe5纳米薄片的厚度在40nm之上和40nm之下时,其输运性质完全不同。当厚度在40nm之上时,体系表现为半金属行为,电阻异常转变温度TP随厚度减小逐渐降低。当厚度在40nm之下时,有不同于电阻异常的电阻峰存在,其转变温度Tc随厚度减小逐渐升高。最终,厚度在20nm之下时,ZrTe5表现出金属行为。通过分析磁阻、载流子浓度变化的规律,我们发现随着厚度减小,ZrTe5的费米能级相对位置不断降低,使得厚度在40nm之上时费米能级落在导带上,而厚度在40nm之下时费米能级落在价带上。厚度可以调节ZrTe5的费米能级位置。3、助熔剂ZrTe5的输运、磁性质及其二维费米面。助熔剂ZrTe5的电阻峰发生在70K以下,在2～300K范围内载流子表现为空穴型,磁电阻最大可达25000%,其抗磁性在低温下出现发散。助熔剂ZrTe5在微波共振腔中存在强烈的量子振荡,通过测量不同磁场角度下的量子振荡行为,我们发现ZrTe5具有一个二维的费米面。费米能级在低温下十分接近Dirac点,最小可达3.5meV,空穴的有效质量约为0.003me。4、助熔剂ZrTe5在微波共振腔中的反常共振行为。ZrTe5在微波频段存在共振,该共振行为明显依赖于样品的尺寸和磁场大小。当样品的尺寸越大时,共振峰越强烈,共振磁场越大。通过研究不同磁场角度下的共振行为,该共振不属于表面等离子体共振。同时,我们也排除了回旋共振和自旋共振的机制。根据共振腔电磁场的分布,我们认为该共振源自于电子在微波电场中的加速作用。