自旋电子学是本世纪初发展起来的一门新兴的交叉学科,它将电子的自旋属性引入到电子器件中,以自旋作为信息的载体,拓展了传统电子学的研究领域。与使用正负电荷的现有微电子器件相比,自旋电子器件具有非挥发性、稳定性好、集成度高、耗电量低、处理速度快等优点,在信息通讯、国防军事、航空航天等领域均具有十分广阔的应用前景。铁基磁性材料是来源和应用最为广泛的磁性材料,也是自旋电子材料中最重要的组成部分之一。本论文以铁基磁性材料为研究对象,采用理论计算与实验相结合的方法,研究了三类典型的铁基磁性薄膜—多晶Fe3O4薄膜、掺杂的多晶Fe3O4薄膜以及纳米晶ε-Fe3N薄膜,重点研究了自旋电子学领域的两类物理问题：一是对半金属材料电、磁性质的调控,二是磁性纳米晶薄膜体系中的反常霍尔效应起源及应用,主要结果如下：一、在室温环境下制备了Fe3O4多晶薄膜,研究了真空和空气退火条件对样品物理性质的影响。结果表明,制备态薄膜的室温磁电阻数值约为9.1%,是目前已报道的单层Fe3O4薄膜中的较高磁电阻值。随着真空退火温度的升高,材料的晶粒尺寸增大,颗粒边界厚度减小,饱和磁化强度增加,电阻率降低,电子传导特性转变为本征的变程跃迁机制。空气退火后,多晶Fe3O4晶粒表面形成了均匀的γ-Fe2O3氧化层,充当了热涨落隧穿势垒,使电子在颗粒间隧穿所需的能量增大,样品的电阻率升高；通过改变退火温度可以在较大范围内调节隧穿势垒的高度和厚度。通过真空和空气环境下的退火处理,在保持样品的高磁电阻数值或高自旋极化率的前提下,Fe3O4多晶薄膜的室温电阻率可以调节三个数量级,不同温度下可以调节七个数量级,能够满足向不同种类、不同掺杂浓度的半导体材料注入自旋极化电流的器件需要。二、为了寻找新型的、电阻率可调的半金属材料,分别利用第一性原理计算和实验的方法研究了Fe3-xZnxO4、Fe3-xPtxO4材料的物理性质。对Fe3-xZnxO4的第一性原理计算结果表明,随A位Zn2+掺杂浓度的增加,总磁矩先增大后减小载流子浓度逐渐降低,双交换作用减弱,电阻率明显增加,而材料仍然保持半金属性,是一种电阻率可调的半金属材料。对B位Pt2+的计算结果预测：Pt2+离子将掺入B位并使总磁矩减小、自旋极化率降低、t2g轨道占据数减小。在实验上,通过对化合价、成份、磁性和电阻率的测量,证明Fe3-xPtxO4多晶体系为B位掺杂,导电机制由晶粒边界决定,满足热涨落隧穿模型；随掺杂浓度的增加,饱和磁化强度降低,室温电阻率逐渐降低,磁电阻和自旋极化率有所下降,但仍然保持较高的数值,证明了理论计算的正确性。同时发现,样品的反常霍尔效应明显,反常霍尔系数值比纯铁高近500倍,霍尔电导率与正常电导率之间均满足σxy∝σxxn关系,其中n的取值范围在1.72～1.57±0.02之间,符合统一标度理论。三、制备并系统研究了ε-Fe3N纳米晶薄膜的结构、电和磁输运性质。结果表明,具有不同晶粒大小、非晶成份的样品在室温下均出现铁磁性,饱和磁化强度随温度的变化较小。电阻率随温度的变化在200～500μΩcm之间,远低于通常的磁性金属—绝缘体颗粒膜电阻率。具有不同非晶成份的样品表现出不同的霍尔效应标度关系：非晶较少的样品霍尔电导率与正常电导率之间满足统一标度理论,非晶较多的样品不满足这一理论,非晶层的电子弛豫时间对这些样品的反常霍尔效应具有重要影响,这些都为深刻理解反常霍尔效应的物理起源提供了依据。此外,以ε-Fe3N纳米晶薄膜为活性层,制备出了新型的反常霍尔传感器件,该器件具有体积小、工艺简单、成本低、工作温度和工作磁场范围宽、输入电阻低、线性度好等优势,具有很高的实用价值。