電子除了基本電荷量以外還帶有自旋。本文把基本電荷量以外,像電子自旋這樣的,其他用來描述電子狀態的量子數或自由度,稱為“同位旋”。而同位旋電子學探討的是,利用這些額外的自由度來設計新功能的元件的可能性。本文第一章提供對後面討論的相關的準備,第二章開始,便討論在准一維電子系統中,磁性雜質伴隨Rashba效應產生的自旋過濾。整個討論使用Tomonaga-Luttinger的理論,而Luttinger理論中常出現的電荷-自旋分離,在我們加入的Rashba效應影響下會被破壞。弱磁性雜質是一個破壞時間反演對稱的散射源。一起考慮這些機制的系統,將會有自旋極化的效果(即產生自旋電流)。本文的第三章提出基於石墨烯其色散關係的valley(能谷)這個新穎自由度而設計出的雙量子點量子位元。石墨烯的色散關係中,包含兩個簡併的能谷。我們的討論還假定了石墨烯在能谷處已經打開了能隙。類似用自旋的singlet和triplet形成自旋對量子位元的想法,我們的設想是利用能谷的singlet和triplet。此外,我們也提出了基於以電壓調變能谷磁矩,來操作此量子位元的方法。基於能谷的量子位元的特性或優點,乃是:a) 容錯的與可以規模化集成的能力,b) 可用電極來進行全電性的操控 和 c) 很長的相干時間,以上皆是建構量子位元時的重要考慮。