继拓扑绝缘体之后,凝聚态物理中拓扑能带理论的发展促使了拓扑半金属的出现。拓扑半金属体系中包含多样的新型拓扑费米子,对拓扑电子学的研究具有重要意义。此外,拓扑半金属丰富的材料体系以及能带结构也为更多新奇物理效应的研究带来了新的机遇。本文主要对拓扑半金属材料的电学输运特性进行探索。主要内容如下:1、首先介绍了拓扑半金属的基本物理性质、二维材料的基本性质以及层状拓扑半金属材料的研究概况。并对本文实验中所采用的器件制备工艺以及输运测量方法进行了介绍。2、对空穴导电的狄拉克半金属Cd3As2中的电学输运性质进行了研究。实验发现弱空穴型Cd3As2在加磁场后变温曲线上具有绝缘体-金属-绝缘体两次相变过程。理论分析表明,两次金属绝缘体相变过程均与狄拉克点密切相关。低温绝缘相的出现由狄拉克型能带朗道量子化后引起的电子局域所导致,高温绝缘相由狄拉克点附近缺陷态的热激发导致。3、实验研究了新型二类外尔半金属WTe2中的各向异性手性反常效应。WTe2是首个被理论预言的二类外尔半金属,其二类外尔特性受到了广泛的关注。各向异性手性反常效应是二类外尔点最主要的输运特性,实验上我们通过制作不同晶向的薄膜器件对WTe2中的手性反常效应进行研究。为了克服平庸体带的磁电阻影响,我们选取特定厚度的WTe2薄膜样品,并利用掩模板法制作高质量的薄膜器件。实验上在电流沿着b轴的器件中观测到了手性反常引起的负磁电阻,但是负磁电阻在所有a轴器件中消失。此各向异性结果和理论一致,从而给WTe2中二类外尔点的存在提供了有力的证据。此外,通过施加栅压,我们首次实现了原位调节费米能经过外尔点。4、除了二类外尔点的特性之外,WTe2中还具有巨大的不饱和磁电阻,其巨磁电阻的产生机制是目前仍然存在争议的问题。我们利用干法转移技术制备h-BN保护的高质量WTe2薄膜器件,并通过栅压调控手段研究巨磁电阻的物理机制。实验发现WTe2的磁电阻与电子空穴的补偿密切相关,当达到电子空穴补偿状态时磁电阻达到极大值,从而有力的说明WTe2中的巨磁电阻由电子空穴补偿机制导致。此外,在电子空穴补偿保持时,实验上进一步揭示了多种散射机制主导的变温磁输运过程。5、基于WTe2中自旋极化的能带结构,我们利用nonlocal测量方法探索WTe2中的本征自旋电子特性。实验发现WTe2中的自旋输运特性和样品的晶向有密切关系,在电流沿着b轴时,nonlocal自旋输运由WTe2中很强的本征自旋霍尔效应(SHE)所主导。但电流沿着a轴时,自旋霍尔效应非常弱,nonlocal自旋输运由电流引起的自旋极化(CISP)所主导。此外,长度依赖的实验结果表明WTe2中的自旋扩散长度可以达到1μm。丰富的自旋电子特性说明WTe2在自旋电子学研究领域也有巨大的研究潜力。本文主要创新点有:1、实验上首次观测到二类外尔半金属的各向异性手性反常效应,并首次实现原位调控费米能经过外尔点。2、首次实现了原位调控WTe2中费米能经过电荷补偿点,揭示了 WTe2中巨磁电阻的物理机制来源。3、实验上首次观测到晶向依赖的自旋输运特性,并发现WTe2中可以通过晶向区分的多种自旋输运过程。