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随着半导体工业的发展，日趋成熟的半导体工艺使得器件的尺寸接近了电子的量子尺寸。为了克服量子效应带来的不便，以及实现能耗更低、速度更快、尺度更小的器件，半导体自旋电子学旨在充分利用现有的工艺调控器件中载流子和缺陷的自旋自由度来实现半导体自旋电子器件。从自旋场效应管提出至今，自旋电子学在器件结构、新材料体系和新的概念都有了长足的发展。器件上实现了铁磁金属注入的自旋场效应管。材料体系上实现了稀磁半导体，并且铁磁转变的居里温度超过了100K。在物理概念上，提出了自旋霍尔效应。另外，针对量子霍尔效应边缘态的深入研究，提出了对材料能带结构的拓扑分类，导致了量子霍尔效应和拓扑绝缘体的产生。 在这些进展中，材料中的自旋轨道耦合作用起到了重要的作用。自旋轨道耦合作为对自旋进行电调控不可缺少的一环，也是产生自旋霍尔效应的原因，而强自旋轨道耦合是导致能带反转形成拓扑绝缘体的主要因素。对材料中的自旋轨道耦合性质的研究是近年来自旋电子学研究的热点。 本文结合低温强磁场输运和圆偏光电流效应对ZnO基MgxZn1-xO/ZnO异质结构中的二维电子气(2DEG)的自旋性质进行了详细研究。还对Bi2Se3拓扑绝缘体中的表面拓扑态进行了圆偏光电流的测量。具体的研究内容和研究结果如下: 1.利用低温磁输运系统，观测了不同磁场方向下的Shubnikov-de Hass振荡，确认了MOCVD生长的MgxZn1-xO/ZnO异质结构中2DEG的存在。利用变温磁输运测量，获得了MgxZn1-xO/ZnO异质结构中的2DEG的基本参数，如有效质量、迁移率、电子浓度以及量子散射时间。在测量中发现，SdH振荡存在三个频率。通过比较这三个频率给出的2DEG浓度和霍尔测量得到的浓度，以及采用迁移率谱方法分析低场输运数据，确认这三个频率分属于两个子带。这就意味着其中一支子带存在自旋劈裂。进一步的磁性测量在MgxZn1-xO/ZnO异质结构中观测到了铁磁性。通过分析不同结构的样品，确认MgxZn1-xO势垒中存在磁性中心，与磁性中心的交换相互作用使得2DEG产生了自旋劈裂。自旋劈裂的能量达到15meV。 2.利用圆偏光电流效应，进一步研究了MgxZn1-xO/ZnO异质结构中的2DEG的自旋性质和自旋轨道耦合作用。通过改变入射光的方向以及移动光斑位置，观测到了与以往报道的圆偏光电流不相符的现象，即相对于电极位置，圆偏光电流的对称部分和反对称部分在大入射角下都发生了变号。通过对对称部分和反对称部分的分析，确认2DEG的自旋极化是造成测量信号反常的原因。自旋极化的电子在光子动量传递下产生了纵向的自旋流，通过自旋轨道耦合形成了横向的电流，贡献了对称部分的圆偏光电流。反对称部分则是由于光斑不均匀下造成的2DEG气浓度梯度下，自旋极化的电子径向输运产生了径向的自旋流，通过自旋轨道耦合形成了切向的电流。类似于反常圆偏光电流效应，浓度梯度造成的涡旋电流贡献了圆偏光电流的反对称部分，且由于与反常圆偏光电流效应方向相反及对角度依赖关系不同，两者叠加造成反对称部分在大入射角下的反号。 3.利用圆偏光电流，研究了Bi2Se3体材料中表面拓扑态的自旋轨道耦合性质。通过改变入射光的入射面和入射方向，证实了观测到的圆偏光电流产生于样品的表面态，表面态的自旋平躺于样品表面内。由于样品表面会被外部环境掺杂形成一层高浓度的电子堆积层，而这一层也可能贡献圆偏光电流。电学测量显示离子液体对样品表面费米能级能够进行有效调控，费米能级到导带底的差别从0.053eV到0.253eV，电子浓度变化高达2×1013cm2。改变偏压时，圆偏光电流随着栅压的增大而减小。对样品中可能的圆偏光电流产生机制进行分析后得出，观测到的现象源于表面拓扑态和表面电子堆积层的叠加，且两者的方向相反。