拓扑材料是一大类能带中含有拓扑非平庸结构的材料，具有与传统近自由电子模型不同的特殊准粒子激发态，比如狄拉克费米子，外尔费米子等。这些特殊的电子态能够给材料带来很多奇异的性质，比如极高的载流子迁移率，高的自旋极化率，巨磁阻以及量子反常霍尔效应等。拓扑材料以其优异的性能和丰富的物理内容成为近期的研究热点。
　　最开始发现的拓扑材料主要集中在二维和准二维过渡金属硫族化合物上。这些材料的晶体结构简单，生长工艺成熟，而且易于表征，从而被广泛研究。但是二维体系简单的结构模型也导致其蕴含的物理机制不够丰富，缺乏对称性，磁性，以及维度的变化，因此缺乏进一步研究的潜力。近期研究人员将目光转向三维拓扑材料，因为维度的扩展给材料体系带来更多的自由度，更容易产生复杂而且新颖的拓扑相。虽然目前已经有部分三维拓扑材料的研究工作，但是由于很多三维材料质地坚硬难以解理，晶体结构复杂，使得基于表面的电子结构表征十分困难，尤其是角度分辨光电子能谱(angle-resolved photoemsission spectroscopy，ARPES)。
　　本论文利用ARPES等实验手段对三维外尔半金属WP2以及Kagome金属FeSn、YCr6Ge6体系的电子结构、拓扑相，以及拓扑态在维度、磁性下的演化进行了研究。同时，也对其他可以影响材料电子结构的手段，比如金属原子插层等，开展了相关研究。本论文包括以下研究成果:
　　1.三维外尔半金属的能带结构和特殊费米弧表面态的研究。
　　利用硬质单晶解理技术，首次解理了WP2的(021)高指数晶面，观测到跨越整个布里渊区长而且直的费米弧，同时也观察到了解理面不同的原子排布会导致不同的表面态出现。这种长而且直的费米弧在外尔材料中尚数首次发现，有助于从能带的拓扑结构上理解该材料异常优越的输运性能背后的机理。
　　2.Kagome晶格材料FeSn的能带结构研究
　　利用紫外和软X射线波段的ARPES测量了Kagome晶格金属FeSn的电子结构，观察到特殊对称性保护下反铁磁体系中无质量狄拉克费米子的存在。通过理论计算和实验结果的互相验证，证明了表层狄拉克锥在斯塔克效应下劈裂为类外尔锥。而且在费米面附近观察到了平带的存在，经过深入分析，认为该平带不是来源于磁阻挫，而是鼓膜表面态。
　　3.Kagome晶格材料YCr6G6的能带结构研究
　　对Kagome金属YCr6G6的电子结构进行了表征，通过理论计算与ARPES数据进行对比，发现其中存在较强的电子关联，并且能带在kz方向呈现明显的色散，表明层与层之间存在较强的电子态的耦合。同时，其能带特征较为复杂，不能使用简单的理想条件下的Kagome的能带结构进行解释。通过与能带结构的计算结果进行比较，并且分析费米能级附近能带的有效质量与比热数据之间的差异，间接的证明了费米能级附近有拓扑平带的存在。
　　4.金属原子插层对材料的能带调控研究
　　利用X射线近边吸收和ARPES，研究了Cu插层TaSe2的晶体结构和电子态。通过与未插层2H-TaSe2进行比较，发现基本结构单元层TaSe2的晶体结构未发生明显变化，而插入的Cu原子可以与Se形成化学键，并且给TaSe2层提供了电荷。通过能带结构的对比，发现Cu插层TaSe2的电子结构变化非常复杂，无法通过仅具有电荷掺杂效应的简单刚带模型来解释。我们的研究表明，当插层离子与母体结构单元层的阴离子形成化学键时，母体结构单元层中的能带色散会受插层原子的调节而发生非刚性移动。