拓扑绝缘体是近年来新发现的一类拓扑物态。与量子霍尔系统不同，拓扑绝缘体的拓扑特性由自旋轨道耦合引起，具有时间反演对称性。在厚度仅几纳米的拓扑绝缘体薄膜中，自旋极化狄拉克表面态和量子尺寸效应的共同作用可以使电子能带、自旋结构及拓扑性质产生丰富的变化，并可以通过多种手段对其进行调控。在拓扑绝缘体的量子薄膜中通过磁性掺杂引入铁磁序，可以破坏其时间反演对称性，导致量子反常霍尔效应等多种新奇的量子现象。在过去四年，我们结合分子束外延生长技术和角分辨光电子能谱、扫描隧道显微镜、输运测量技术对拓扑绝缘体和磁性掺杂拓扑绝缘体量子薄膜的生长、电子结构及物理性质进行了详细的研究，实现了对其电子结构、拓扑性质、载流子浓度及磁学、电学性质的调控，并在最近于磁性掺杂拓扑绝缘体薄膜中实现了量子反常霍尔效应。拓扑绝缘体和磁性掺杂拓扑绝缘体薄膜的独特性质和表现出的新奇量子现象使其有望应用于未来的低能耗电子器件中。