微电子技术的迅猛发展使得半导体芯片的集成度愈来愈高，这带来了功耗和散热问题以及量子尺寸效应问题。半导体自旋电子学试图利用电子的自旋自由度来构造和实现传统的电子学器件，以解决即将面临的问题。量子受限结构中操控自旋的最为实用化的方案是利用外场调控自旋。反常带隙半导体量子受限结构具有独特的物性，如很强的自旋轨道耦合以及拓扑边缘态等，因而可能为新型的半导体自旋电子器件提供物理基础。本项目从实验和理论两方面研究反常带隙（负带隙和零带隙）半导体材料的量子受限结构中自旋特性的调控。主要研究新奇的物理现象和外场调控原理、自旋相关的光学和输运性质，如拓扑边缘态的自旋输运和光学特性，激子极化激元和微腔效应、双光子干涉过程，细致深入地研究这类反常带隙半导体量子受限结构的自旋特性，为构造自旋电子学器件提供物理基础。我们发现了一些有趣的物理现象，如：1）HgTe 量子点中的边缘态；2）三维拓扑绝缘体表面磁性的电控制；3) 通过界面设计将常规半导体驱动至拓扑绝缘体；4）石墨烯中应变效应导致的谷晶体管。部分研究成果发表在 Phys. Rev. Lett., Nature Materials, Nature Communication和 Nano letter等国际专业期刊杂志上。