自从1980年量子霍尔效应发现以来,拓扑绝缘体材料受到科学工作者的广泛关注。拓扑绝缘体具有绝缘的体态,同时它的表面态则是受拓扑保护的具有线性色散关系的金属态。与拓扑绝缘体不同,拓扑半金属的体态中存在具有线性色散关系的狄拉克锥或者外尔锥。这种特殊的能带结构使得它具有一些奇特的物理性质,如磁场诱导的类金属-绝缘转变,负磁阻现象,小的费米面横截面积和非平庸Berry相位等。依据能量节点的间并度和在动量空间的分配,拓扑半金属被分为三种类型:狄拉克半金属、外尔半金属和节点线半金属。目前对于节点线半金属的研究较少,只有PbTaSe₂、ZrSiS、Be、PtSn₄和TlTaSe₂等少数材料。从1960年开始,人们就利用电场效应对材料的性质进行了调控。但是,由于介电材料的击穿电压低,可以在样品表面聚集的载流子浓度很低,传统的场效应晶体管对材料物性的调控能力有限。最近利用离子液体作为电介质的场效应晶体管引起了广泛关注。这种器件能够使样品表面聚集极高浓度的载流子,可以在更大范围内对材料的物性进行调控。MNX系列的材料具有与铜氧化物超导体和铁基超导体一样的层状结构。其母体相是绝缘体,通过金属离子插层或者形成X空位可以使它金属化,并出现超导。在本论文中,我们对拓扑半金属TiSi的磁输运性质和MNX材料的电场效应进行了系统的研究。具体内容如下:第一章简单介绍了拓扑材料和超导材料。先按照拓扑材料的分类介绍了拓扑绝缘体和拓扑半金属材料,然后介绍了超导的发展、铜氧化物超导体、铁基超导体和MNX超导材料。第二章介绍了拓扑半金属TiSi的磁输运性质。TiSi被理论预言为节点线半金属,并且nodal环非常接近费米面,是研究节点线半金属奇特物理性质的理想平台。我们利用助熔剂法制备了TiSi单晶并对它的基本物理性质进行了研究。磁场下的电阻测试发现TiSi在低温时出现了磁场诱导的类似金属向绝缘体的转变。非线性霍尔电阻的分析表明TiSi属于多带系统,具有低的载流子浓度和高的载流子迁移率。对TiSi的dHvA振荡分析表明TiSi具有小的费米面横截面积、轻的回旋有效质量以及非平庸的Berry相位。这些结果说明TiSi中存在狄拉克型费米子,具有非平庸的拓扑特征。第三章介绍了Zr/HfNCl单晶样品的电场效应的研究。我们利用DEME-TFSI作为电介质,对Zr/HfNCl单晶样品的电场效应进行了系统研究。研究发现:电场效应可以在样品中诱发超导态,而加电压的温度对诱发的超导特性有很大影响。在220 K时,电场效应诱发的超导态会在长时间放置或加反向电压后消失。而在250 K时,诱发的超导态则不会消失。我们对两种温度下电场诱发的超导态进行了详细的研究,并对此现象提出了一个可能的构想:低温时,电场效应使得样品表面的Cl发生偏移,导致电子的局部掺杂从而诱发超导。在高温时,电场效应使得样品表面的部分Cl脱离样品,在样品表面形成Cl的空位,引起不可逆的超导的出现。第四章介绍MNX多晶样品的电场效应的研究。首先,我们使用了三种离子液体作为电介质,电场效应均在MNX多晶样品中诱发了超导。然后,我们使用水溶液做电介质,对MNX样品进行电场效应的研究。研究发现大部分金属盐溶液可以在MNX样品中诱发超导,而纯水和Yb⁺³的盐溶液则无法在MNX材料中诱发超导。因此,在水溶液做电介质时,超导的出现可能不是由于X空位的形成引起的,而是由金属离子进入MNX样品中形成插层化合物导致的。论文的最后,我们对本论文的研究成果进行了总结,并对今后的工作进行了简单的展望。