作为典型的强关联电子体系,复杂过渡金属氧化物异质结构因其界面丰富的演生现象得到了极大关注。一个典型的例子就是在两个带隙绝缘体LaAlO₃（LAO）和SrTiO₃（STO）的界面发现了二维电子气（2DEG）。这一体系具有许多奇异的物理性质,为基础研究和应用领域的探索提供了一个难得的平台。以往的工作多集中在基于SrTiO₃的2DEG上,本论文以非晶LaAlO₃/KTaO₃（a-LAO/KTO）氧化物异质界面为研究对象,希望通过对该体系场效应和光激发效应系统的研究,揭示具有5d轨道特征2DEG的输运性质。论文的主要研究成果如下:1.通过在（001）取向的KTO衬底上高温制备非晶态的LAO薄膜,获得了高质量的2DEG。成功制备了载流子浓度低至²?10¹² cm^-2并且迁移率高达²150cm²/Vs具有金属性的2DEG,发现了场效应对输运性质明显的调控效应:在电场驱动下2DEG从良好的金属态转变为近藤态,特别地,自旋弛豫时间受到了栅极电压的强烈调控,预示了a-LAO/KTO界面2DEG作为自旋电子功能器件的潜力。2.系统研究了制备条件对a-LAO/KTO界面2DEG性能的影响,发现其输运性质对制备条件的反常依赖:在低温和高真空条件下获得的2DEG具有最佳的金属特性和最高的霍尔迁移率。我们得到的最大霍尔迁移率为⁶.6?10³ cm²/Vs,该数值远远高于a-LAO/STO界面2DEG的迁移率。原因可能是5d电子比3d电子具有更好的扩展性及更小的有效质量。此外,我们还确定了从单能带占据到双能带占据的临界载流子浓度（或费米能级）。本工作为探索基于KTO氧化物界面高迁移率的2DEG开辟了新的途径。3.系统研究了电场和光激发对具有完全不同能带填充状态a-LAO/KTO导电界面的调控效应,在费米能级从¹3 meV到³13 meV的变化范围内建立了Rashba自旋-轨道耦合与能带填充状态的定量关系,发现a-LAO/KTO导电界面最大自旋劈裂能为30 meV,远远高于LAO/STO界面。特别地,我们发现了临界能带填充状态,当费米能级超过该填充水平时,Rashba自旋-轨道耦合出现陡峭的峰值,且出现了第二类载流子,第二类载流子的霍尔迁移率比第一类高50倍。密度泛函理论计算表明,这些不同寻常的物理性质源于KTO界面5d电子独特的分层能带结构。本工作进一步加深了我们对电子关联2DEG的理解,为基于氧化物界面的微电子和自旋电子学的研究拓展了新空间。