近年来，自旋电子学的蓬勃发展要求人们对自旋相关的输运现象有更彻底的理解，使得诸如反常霍尔效应等长年悬而未决的问题吸引了越来越广泛的关注。理论上，反常霍尔效应有三种可能的起源，其中包括了基于杂质散射的外禀机制和源自k空间中的贝利相位的内禀机制。而在实验上观察到的现象到底应该归结为哪一种或几种机制，是一个争论了半个多世纪而尚未得到彻底解决的问题。然而，解决反常霍尔效应这一难题的意义却超越了其本身。反常霍尔效应和晶体中的普遍存在的自旋轨道耦合息息相关，一些近十年来发现的新的自旋电子学现象如自旋霍尔效应，其机理亦跳不出反常霍尔效应的三种机制。　　反常霍尔效应还在一些具有新奇的拓扑自旋结构的体系中被发现。最近两三年以来一些有着拓扑学上非平庸的磁构型的材料逐渐成为磁学界的研究热点。其中极具代表性的是B20型过渡金属硅化物和锗化物中发现的skyrmion磁结构。这种磁结构因其与高能物理中核子模型的类比而得名，组成一个单位结构的自旋指向空间中的所有方向而包成球状。这种磁构型不但新颖，且存在潜在的应用价值。其数十纳米量级的结构周期使得该类材料有被应用于高密度磁存储技术的希望，而这种磁结构本身对电流和自旋流的奇特响应，例如可以被极小的电流密度所驱动，更使其有希望被用于下一代低能耗自旋电子学器件。在skyrmion磁结构中，由于磁矩在空间中缓慢变化，运动于其中的电子将感受到相应的势场而积累实空间中的贝利相位并产生反常霍尔效应，与作用与k空间的内禀机制类似。由于其拓扑学上的来源又称为拓扑霍尔效应。研究并理解这一现象不但对理解输运现象中的贝利相位有帮助，而且可以作为对skyrmion磁结构的探测手段，以期在不远的将来实现“skyrmionics”。　　在上述背景下，本论文将致力于从实验角度解决如下三个问题:　　1.作为反常霍尔效应的外禀机制的side jump，因其与纵向电阻率的平方成正比的标度关系和内禀机制一致，使得从实验上分离两者极为困难。近年来在理论和实验上的突破使得人们对于内禀机制有了比较深刻的理解，然而对side jump的理解，出于上述障碍，仍然相当地欠缺，甚至连其在实际体系中存在与否都不清楚。我们对顺磁镍铜合金薄膜中的反常霍尔效应进行了研究，并发现了存在与纵向电阻率成平方关系的二次项贡献。由于内禀机制的贡献需要体系具有铁磁性，因而我们在顺磁体系中观察到的二次项可以毫无疑问地归结为side jump机制，并可以给出其具体定量的数值。我们还通过研究其温度关系阐明了side jump正确的标度关系，发现sidejump只与低温下的弹性杂质散射有关，而与有限温度下声子产生的非弹性散射无关。　　2.在可以形成skyrmion的以MnSi为代表的B20结构化合物中，人们发现在薄膜材料中skyrmion相远比在体材料中稳定。此外，薄膜材料在器件制备方面有着体材料无法比拟的优势。因此无论从基础研究的角度还是应用的角度，人们都更希望能在外延生长的薄膜材料中得到skyrmion磁结构。我们在Si(111)衬底上成功外延生长出高质量的MnSi薄膜，并使用洛伦兹电镜观察到了其中形成的skyrmion磁结构。我们的实验证实了外延薄膜中的skyrmion相比在体材料中更加稳定。　　3.我们进一步研究了MnSi外延薄膜的输运性质。我们发现在磁矩被外场饱和之后MnSi中的反常霍尔效应由skew scattering和内禀机制贡献，而不像如此前他人的研究工作所声称的仅仅存在内禀机制。在理解了反常霍尔效应的基础上我们进一步研究了由于skyrmion磁结构的形成而产生的额外的反常霍尔效应——拓扑霍尔效应，并在正的拓扑霍尔电阻率ρTyx和skyrmion相之间建立起了一一对应关系。相较于体材料中观测到的负的ρTyx，我们发现薄膜材料中的拓扑霍尔电阻率的符号有着非常复杂的表现行为，这一新发现将促进对与skyrmion相关的物理问题的进一步理解。