随着人类迈入大规模信息和多媒体时代,飞速发展的信息科技要求电子器件的存储密度最高,速度更快,功耗更低,尺寸更小及重量更轻。然而由于量子效应以及摩尔定律等限制,传统的电子器件微型化过程遇到了难以逾越的困境。而将电子的自旋属性与信息科技的关键材料一半导体材料结合起来,被认为是解决当前困境的一种方法,因而成为了当前研究的热点方向之一Fe3O4是一种亚铁磁性的半金属材料,其费米面处理论上具有100%的自旋极化率,居里温度高于室温(858 K)并且与半导体电导率匹配较好,因而很适合作为半导体器件的自旋注入源,也逐渐成为自旋电子学领域的研究热点。本论文主要以Fe3O4/半导体复合结构为研究对象,研究了不同形态下的的Fe3O4(颗粒,薄膜)与各种半导体材料(Ⅳ Si,Ⅲ-ⅤGaAs和Ⅱ-Ⅵ ZnS)复合结构的磁性、表界面影响以及磁输运性质。主要结论如下：1.采用脉冲激光沉积方法在Si基底上成功制备出高质量(111)取向生长Fe3O4薄膜,并且对其结构,形貌,基本磁性及磁输运性能进行了系统的研究。我们发现生长工艺(例如沉积温度,退火温度等)的不同对薄膜的结构以及磁性能影响很大。高温退火后的Fe3O4薄膜的磁电阻效应明显增强,比原位生长样品增加了260%,自旋极化率增加了60%。磁阻增强效应可能是来源于晶界处增强的自旋相关散射和晶粒内部总磁矩的增加。2.首次在高取向的Fe3O4薄膜上发现了反常正磁阻效应,该效应无法用各项异性磁电阻效应进行解释。为了研究该效应产生机制,我们基于透射电镜,原子力显微镜,XMCD等技术表征结果,并且建立了一种以自旋滤波效应和晶界遂穿磁阻效应为基础的电输运模型对其进行了解释。本项研究将加深人们对于Fe3O4薄膜输运性能的理解。3.通过铁磁共振等手段研究了(111)取向生长的Fe3O4/Si薄膜中的磁各向异性分布,意外发现对于(111)取向生长的Fe3O4薄膜,其共振场与磁场取向角度的依赖关系无法用传统的多晶和单晶自由能密度模型进行理论拟合。根据坐标变换的数学手段,我们提出了新的磁各向异性能的表达式,定义了新的磁各向异性参量并命名为磁织构各向异性。由此成功的拟合了(111)取向生长的Fe3O4薄膜铁磁共振场随角度依赖关系,并且定量测定了各种磁各向异性的贡献。需要指出的是,由于我们给出的磁织构各向异性能表达式是基于单晶薄膜立方磁晶各向异性能的表达式,通过严格的数学推导包括积分中值定理和坐标变换得到的,因此给出的磁织构各向异性公式可以适用于所有的立方结构磁性薄膜包括Fe,Ni等。相关研究有助于加强人们对于薄膜织构结构对磁各向异性影响的认识。4.我们系统的研究了Fe3O4/GaAs单晶超薄膜的自旋弛豫性能,推导了针对单晶薄膜的铁磁共振线宽各机制的理论公式,尤其是给出了单晶薄膜面内双磁子散射对铁磁共振线宽贡献的表达式,进而成功分离出了本征线宽进而得到了单晶薄膜阻尼因子的厚度依赖性关系。研究发现本征阻尼因子随着薄膜厚度的降低而显著降低,意味着L-S耦合的增强,这种增强的L-S耦合可能主要来源于对称性破缺破坏了晶场对轨道磁矩的淬灭,引起了轨道磁矩的增加。5.我们对Fe3O4/GaAs单晶超薄膜的界面进行了研究,研究发现Au覆盖层的引入有效的降低了Fe3O4单晶薄膜的磁矩、磁各向异性和本征阻尼因子,考虑到Au与Fe3O4之间相近的晶格错配率,我们将其归因于Au覆盖层界面对Fe3O4晶格弛豫的帮助。6.通过化学方法成功制备了球壳结构的Fe3O4/ZnS多功能纳米复合材料。由于磁核Fe3O4和半导体ZnS之间较大的晶格错配率,在Fe3O4表面直接沉积ZnS纳米晶形成稳定的球壳结构较为困难,往往需要在二者之间添加非晶的缓冲层来实现ZnS层的包覆。我们通过晶种法成功在Fe3O4表层直接包覆了结晶良好的ZnS纳米晶,并且实现了包覆厚度的可控。通过各种结构形貌及物性表征手段对其磁性和光致发光性能进行了研究,证明了这种复合结构具有多功能性。7.我们还以Fe3O4/ZnS为载体首次对Ⅱ-Ⅵ族半导体ZnS的自旋输运性能进行了研究,并且发现ZnS层的引入可以有效的增强Fe3O4颗粒的磁电阻效应,对相应的自旋电子学器件具有重要的意义。