基于石墨烯这一单原子层材料，我们构建了单原子空位缺陷、量子点、和平带等模型体系，调控并探测了这些体系中的新奇量子物态。主要完成的工作包括：1）对石墨烯中单原子缺陷的局域自旋和（子格、谷）赝自旋实现调控与探测；2）在石墨烯量子点中实现了谷极化量子态、谷极化的磁受限、相对论性分子轨道态和原子塌缩态等，发展了在纳米尺度测量材料简并度的方法；3）通过转角、赝磁场、磁场等多种方法引入平带，测量了这些平带中强关联导致的量子霍尔铁磁态、轨道磁性态等。