自1988年巨磁电阻效应(GMR)发现以来，人们发现传统电子学仅仅利用了电子的电荷这个自由度，而进一步集成和利用电子的自旋这个自由度可以大大增强和扩展目前传统电子学器件的功能。近年来迅速成长为凝聚态物理和材料、微电子学等多个学科交叉的研究热点，并由此产生了一门新的前沿学科-自旋电子学(spintronics)。其中，寻找高自旋极化率的材料和提高自旋注入的效率成为关系到自旋电子学发展的关键因素。半金属材料是一种自旋电子学中的理想材料。其一自旋取向的子能带位于费米面处，而另一自旋取向的子能带与费米面附近存在带隙，也就是说半金属材料在费米面上的电子只有一种自旋取向，具有很高的自旋极化率，理论上可达100％。现在发现的具有半金属性的材料有半Heusler结构材料、La1/3Ca2/3MnO3等钙钛矿材料、CrO2等金红石结构材料、Fe3O4等尖晶石结构的铁氧体材料等。其中上述的大部分材料铁磁居里温度比较低，并不适合实际应用，而Fe3O4等尖晶石结构的铁氧体材料具有较高的居里温度和低廉的原材料价格，从而成为该技术领域的研究热点。通过实验测量发现Fe3O4费米面上的传导电子具有80％以上的自旋极化率，随之在基于Fe3O4材料的隧道结、纳米点接触和一维纳米链等工作中得到了比较大的低场磁电阻效应，但相反在Fe3O4多晶材料中却只能在高磁场的时候得到比较明显的磁阻效应。陈鹏等人通过Zn的掺杂和绝缘层的引入在Zn0.41Fe2.5904/a-Fe2O3两相复合体系中得到了巨大的低场磁电阻效应，引起了人们对znxFe3-xO4材料的极大关注。本工作对尖晶石结构材料Fe3O4和Zn掺杂Fe3O4的纳米晶以及薄膜样品进行了制备研究、磁性质研究和自旋极化输运特性的研究。另外还有部分工作涉及到自旋电子学中另一个重要的热点：过渡族磁性离子掺杂的稀释磁性半导体的研究，在我们的研究中，主要是p型Mn、N共掺ZnO薄膜稀磁半导体的研究。主要包括以下几个部分： 一、半金属Fe3O4和ZnxFe3-xO4的纳米晶块体的磁性、输运性质研究。采用改进的溶胶—凝胶(sol-gel)的方法制备了Fe3O4和ZnxFe3-xO4(x=0.2、0.4、0.5、0.6、0.8和1.0)纳米晶块体。X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜研究(TEM)表明所有样品均为单相的尖晶石结构的纳米晶颗粒组成，平均晶粒尺寸在30-40nm左右。在纳米晶Fe3O4体系中，其低场磁电阻很明显，随着温度从300 K下降到55 K其数值从-2.5％上升到-17％，温度进一步下降后，磁电阻数值却下降的很快，通过零场冷却和场冷却下磁化强度随温度变化的测量和交流磁化率的研究，发现原因是温度降低到55 K以下的时候发生了纳米晶颗粒表面的自旋玻璃态转变。对于Zn的掺杂(x＜0.8)，电阻率逐渐上升，低场磁电阻数值变小而高场磁电阻数值增加，这些都和界面性质和颗粒表面自旋排列相关。我们对半金属Fe3O4和ZnxFe3-xO4的纳米晶块体磁性质和自旋极化输运特性以及其相互关联进行了系统的研究。 二、Zn0.4Fe2.6O4高取向薄膜的制备和磁性、电输运性质研究。Zn0.41Fe2.59O4很可能是一种室温下具有高自旋极化率的材料，采用磁控溅射的方法制备成功的分别在Si、SrTiO3和ZrO2基片上沉积了高质量的Zn0.4Fe2.6O4薄膜，对磁性和输运性质做了详细的分析和研究，其显著的磁电阻效应和反常霍尔效应说明了在费米面上传导电子的自旋极化特性，说明了其有可能成为有潜在应用价值的理想的自旋电子学材料。 三、p型Mn、N共掺ZnO薄膜稀磁半导体的研究。通过磁控溅射制备了Zn2N3：Mn薄膜，通过在550℃纯氧中热氧化转变为p型Mn、N共掺ZnO薄膜。X射线衍射(XRD)和X光电发射谱(XPS)研究发现Mn、N都替代进入了ZnO半导体的晶格。霍尔测量发现薄膜是空穴载流子导电，空穴浓度较低(2.4x1016 cm-3)，这可能是因为薄膜中的H形成的浅施主杂质能级引起的电子补偿效应。与只有Mn掺杂的ZnO半导体薄膜(无空穴载流子引入)相比，室温下大大增强的铁磁性表明ZnO半导体中空穴的引入对掺杂的Mn离子铁磁性耦合具有至关重要的作用。