外尔半金属是继拓扑绝缘体的研究之后又一广受关注的新型拓扑相。它的典型特征是具有相反手性电荷的外尔点在体内成对出现,而在布里渊区的表面会出现开放的费米弧。无质量且具有特定手征性的外尔费米子可以看作是外尔点附近的低能激发。在作者攻读博士学位期间,外尔半金属及相关领域快速发展,重要成果不断涌现。第一性原理计算和ARPES(angle-resolved photoemission spectroscopy)实验分别在拓扑材料的预言与鉴定方面发挥了重要作用,而输运研究为外尔费半金属未来的电子器件应用奠定了基础。继TaAs家族被证实为外尔半金属后不久,一种新型的外尔半金属——第二类外尔半金属,开始引起了人们的普遍关注。由于打破了洛伦兹不变性,第二类外尔半金属具有不同于第一类拓扑半金属的奇特性质:动量空间的Klein隧穿、磁场选择性的手性反常及固有的反常霍尔效应等。我的工作主要集中在第二类外尔半金属WTe2的器件调控,另外还对第二类狄拉克半金属PtTe2的量子振荡做了一些研究,主要研究成果如下:(1)在第一项研究中,作者借助双束电镜的Ga+离子束,开展了第二类外尔半金属WTe2纳米器件的调控实验。对WTe2纳米器件进行Ga+离子注入,会在样品中引入弗伦克尔缺陷和替位缺陷,缺陷的引入会进一步导致载流子性质和费米面的变化,这些变化将会对器件的电输运性质产生调控效果。离子注入前后样品的电输运数据分析表明,晶格缺陷的引入降低了载流子的浓度和迁移率,进而导致磁阻的衰减。结合拉曼光谱定量分析与第一性原理计算,可以确定Te的弗伦克尔缺陷为Ga+离子注入在WTe2器件中引入的主要缺陷类型。利用第一性原理计算,作者还研究了一定浓度的不同晶格缺陷对能带结构和费米面位置的影响。与传统的背栅调节有别,离子注入可以打破静电屏蔽作用对背栅调节深度的限制,实现对更厚器件的有效调控。(2)在第二个工作中,作者系统研究了 Mo掺杂对WTe2纳米器件电输运性质的调控。WTe2与MoxW1-xTe2都被理论计算预言是第二类外尔半金属,并且得到了 ARPES实验或者输运实验的证实。有关这个体系纳米器件的对比实验却鲜有报道,这是作者开展这个工作的主要原因。通过两带模型分析,可以发现Mo掺杂会抑制电子和空穴的迁移率,浓度越高,迁移率越低,这是Mo掺杂导致样品磁阻减小的主要原因。有趣的是,WTe2中电子-空穴载流子平衡没有被Mo的掺杂所打破。SdH(Shubinikov-de Haas)振荡分析表明,Mo掺杂会抑制振荡幅度,Mo掺杂浓度越高,观察到振荡频率越少,但在MoxW1-xTe2中观察到的这些频率似乎分别对应于WTe2中的四个频率或其中一部分。同时可以发现各个频率的有效质量会随着Mo浓度的增加而增大,而量子迁移率却随之减小。在这个工作中,作者完成了对WTe2与MoxW1-xTe2两种第二类外尔半金属的系统的对比研究,了解了 Mo掺杂对WTe2纳米器件的输运调控效果。(3)在第三个工作中,作者研究了第二类狄拉克半金属PtTe2的dHvA(de Haas-vanAlphen)效应,并结合第一性原理计算,加深了对PtTe2电子结构的理解。第二类外尔半金属发现以后,人们一直都在考虑是否存在打破了洛伦兹不变性的狄拉克半金属,PtSe2家族的发现证实了第二类狄拉克半金属的存在。虽然PtTe2的拓扑性得到了 ARPES实验的证实,但有关输运性质研究却鲜有报道。作者测量了 PtTe2晶体的等温磁化曲线,在面内面外磁化曲线中都观察到了强烈的dHvA效应。量子振荡分析表明,PtTe2的有效质量与PdTe2相当,而量子迁移率要明显高于后者,可以看出PtTe2具有比PdTe2更加优越的输运特性。根据第一性原理计算,我们进一步证实了 PtTe2的拓扑性,并确定了不同振荡模式的起源。值得一提的是,在dHvA振荡中我们还观察到了参与第二类狄拉克锥形成的电子费米口袋。