作为半导体自旋电子学的重要组成部分,稀磁半导体（Diluted Magnetic Semiconductor,后文简称“DMS”）可将材料的磁、光、电等物性融于一体,在当前的信息社会具有重要的基础研究意义和产业价值。自上世纪六十年代DMS的概念提出至今,实现可控型的室温DMS一直是科研人员的梦想。2005年,Science杂志曾提出125个“挑战人类认知极限”的重要科学问题,其中,“能否实现室温磁性半导体”这一科学问题在物质科学中名列前茅。（Ga,Mn）As材料在众多DMS体系中被研究的最为充分,然而,由于（Ga,Mn）As中电荷与自旋的捆绑效应,使得（Ga,Mn）As只能通过低温分子束外延的方法被制备出P型薄膜,且居里温度（Curie temperature,后文简称“T_C”）仅有200K,这些因素严重限制了（Ga,Mn）As的实际应用。2011年起,靳常青团队率先发现并命名了以“Li（Zn,Mn）As”为代表的“111”型和以“（Ba,K）（Zn,Mn）₂As₂”为代表的“122”型两个体系的新型DMS多晶块材（以BaZn₂As₂为母体相,后文简称“BZA”基）,通过Ba²⁺/K¹⁺与Zn²⁺/Mn²⁺的分别掺杂,实现了电荷和自旋掺杂机制的分离,目前的最高T_C可达230K,刷新了可控型稀磁半导体的T_C最高纪录。综合考虑（Ba,K）（Zn,Mn）₂As₂的众多优势,本论文的主要内容将从新材料探索和“材料、物性、器件”的“全链条”研究两个角度研究此类“BZA”基DMS材料,四个方面的工作凝练成如下三点:第一,研制了（Ba,Rb）（Zn,Mn）₂As₂多晶块材,通过Ba²⁺/Rb¹⁺与Zn²⁺/Mn²⁺的分别取代实现了电荷和自旋掺杂机制的分离,最高T_C可达143K,低温下材料的负磁阻效应高达34%,μSR实验表明了（Ba,Rb）（Zn,Mn）₂As₂的铁磁本征属性。（Ba,Rb）（Zn,Mn）₂As₂在室温下与超导体（Ba,K）Fe₂As₂、反铁磁材料BaMn₂As₂、母体相化合物BaZn₂As₂具有相同的四方ThCr₂Si₂结构,在ab面内的晶格失配度小于5%,这为基于各类异质结的自旋电子学器件研究奠定了基础。第二,研制了高质量、大尺寸的（Ba,K）（Zn,Mn）₂As₂单晶块材,材料具有较大的磁各项异性,观察到负磁阻效应和反常霍尔效应,载流子浓度在10²⁰cm^-3量。单晶的高压磁电调控实验与第一性原理计算相结合,阐明了材料的T_C不仅与载流子的浓度有关,还与晶格中MnAs₄四面体的构型密切相关,这为调控材料的T_C提供了新的思路。基于此单晶和Pb的安德列夫异质结自旋极化率高达66%,且有进一步的提升空间,为原型器件制备的可行性开辟了道路,这是从“材料研究到原型器件”全链条研究中的关键一环。第三,开展了不同掺杂组分的(Ba_1-xK_x)(Zn_1-yMn_y)₂As₂单晶结构、磁化率及电输运研究。研究表明,在BaZn₂As₂、（Ba,K）Zn₂As₂、Ba（Zn,Mn）₂As₂等材料中均无长程铁磁序的出现,仅当同时掺入载流子和局域磁矩时,材料才能展示出长程铁磁序,并且,引入的载流子浓度和自旋浓度对材料的磁性均有调控作用。目前,在单晶中实现了120K的T_C,T_C有进一步的提升空间,在此单晶中的安德列夫异质结同样实现了约60%自旋极化率。综上所述,本论文在新材料探索和“材料、物性、器件”的“全链条”研究中取得系列重要进展。