近年来,拓扑量子材料因其独特的电子性质而备受人们关注。其中,拥有狄拉克态的拓扑材料由于其低能费米子具有无质量和超快输运特性而在微电子器件领域有着非常诱人的应用前景。然而,在实际的应用中,传统的狄拉克半金属没有带隙,这与场效应晶体管等微电子器件对带隙的需求相矛盾。鉴于此,本文以C60团簇组装材料为基础,尝试提出解决这一矛盾的可能途径——在本征半导体材料的费米能级附近,探寻包含线性色散特征的新奇量子态。具体研究结果如下:（1）通过对已合成的C60团簇组装超原子固体材料[Co6Se8（PEt3）6][C60]2进行电子结构计算和紧束缚模型分析,确定了两个分居费米能级两侧且具有团簇和能量分离特征的极端电子态——价带中的平带和导带中的超原子狄拉克态。其中,超原子固体中的Co6Se8（PEt3）6团簇由于近似孤立的团簇环境从而形成了类分子能级的平带;C60团簇由于具有类石墨烯的蜂窝层状结构特征从而形成超原子狄拉克态。与传统的狄拉克半金属不同,[Co6Se8（PEt3）6][C60]2本征属性为具有能隙的半导体,因此很好的解决了无带隙狄拉克态与微电子器件应用中对带隙要求之间的矛盾。此外,我们基于平带和狄拉克态共存的事实,提出了构建狄拉克场效应器件/整流器的设想。由于极端电子态的独特能量分布特征,此类器件可实现单向狄拉克载流子传输。相关研究结果将为基于狄拉克态的器件开发提供理论参考,同时还将拓展人们设计新奇量子态的思路——以超原子材料而非原子材料为研究平台。（2）以3种实验合成的C60组装材料为前驱体,借助力学方法,诱导产生结构相变,从而优化得到多种新型碳异构相。在获得的24种结构中,我们发现了一种稳定的半狄拉克态半导体Tet-C68。Tet-C68具有正交对称性,每个原胞内有60个碳原子。声子谱和第一性原理分子动力学计算分别表明该结构还具有较好的动力学和室温下的热学稳定性。电子性质分析表明,Tet-C68本征属性虽然也是半导体,但与[Co6Se8（PEt3）6][C60]2不同的是,Tet-C68在低能导带中形成了具有强各向异性的半狄拉克态——其能量本征值与动量沿Γ-Y0方向呈现狄拉克线性色散关系,而在与之正交的Γ-X方向上呈现二次色散关系。此外,在沿晶胞a轴方向施加-5%应力的应变时,Tet-C68的半狄拉克态相会变为狄拉克节环态。其拓扑特性通过能带反转、拓扑不变量、拓扑表面态的计算得到了很好的验证。相关研究结果将为各向异性的狄拉克半导体微电子器件研究提供理论参考和数据支撑。