长期以来,材料中的自旋玻璃行为是材料物理和凝聚态物理的研究热点和难点,并在磁性材料的应用领域中占据着重要的地位。由于目前的理论方法和实验手段主要局限于材料平衡态的研究,因此根源于非平衡态的自旋玻璃行为及其相关材料的磁性特征就很难被全面、准确、定量地表达。本论文在该研究背景下,选取两种重要的氧化铁材料(三氧化二铁和四氧化三铁)作为主要研究对象,采用水热法制备出不同形貌和结构的单晶、多晶、非晶自旋玻璃态产物,并利用超导量子干涉仪对产物的磁性能进行了系统的研究。本论文研究成果主要包括以下六个方面：(1)通过一步水热法制备出了具有室温自旋玻璃行为的α-Fe2O3单晶纳米片。磁性能研究发现,在低于室温的任一温度下,该纳米片都表现出近乎相等的矫顽力和剩余磁化强度值。此外,在这些纳米片中还观察到了超自旋玻璃态和超铁磁态特征。(2)在所制备的α-Fe2O3单晶棱柱中观察到了反常的再入型Morin相变行为,即在升降温过程中体系发生了两次Morin相变。磁性能研究发现,体系中两种尺寸的颗粒以及颗粒界面处自旋过渡层的自旋玻璃行为导致了再入型Morin相变的发生。(3)通过对α-Fe2O3单晶立方体的磁性能研究发现,立方体的表面“磁死层”并不是通常所认为的磁钝化层,而是具有显著顺磁性或亚铁磁性的磁活性层,从而对体系的热磁曲线、高场磁滞回线以及交换偏置效应产生了决定性的影响。(4)在多晶α-Fe2O3空心球中观察到了较大的高场磁化强度值(>10emu/g)和反常的热剩磁行为,进而提出了α-Fe2O3中的一种新型的磁性机制,即：当α-Fe2O3材料的初级粒子尺寸较小并存在着大量的悬键时,粒子表面或界面处的自旋玻璃行为会使材料表现出有别于宏观块体α-Fe2O3材料的较强的铁磁性特征,从而拓展了α-Fe2O3在自旋电子学领域中的应用。(5)利用一步水热法制备出了一系列具有不同内部结构的α-Fe2O3非晶基自旋玻璃,并系统研究了其生长机理和晶相转变过程。磁性能研究发现,非晶基自旋玻璃中的纳米晶相不但可以在保证非晶基体基本磁性特征不变的基础上显著提升体系的磁化强度值,而且会在低温下与自旋玻璃基体间发生交换耦合作用,产生交换偏置效应,同时还会由于其自身的难磁化特点而在体系中产生小环效应,这两种效应协同作用使体系最终产生了显著的磁滞回线偏移现象。(6)通过对所制备的两种氧化铁异质结构(Fe3O4@α-Fe2O3立方体和Fe3O4@Ag球体)的磁性能研究发现,异质结构界面处的晶格不匹配会造成自旋磁矩间的混乱与阻挫(即自旋玻璃行为),进而会影响材料的磁特性,甚至会诱发磁相变。这种表面(或界面)处的自旋玻璃行为在某种程度上有助于提升材料的磁性能,使材料更加适合于自旋电子学和生物医药学的应用。