拓扑绝缘体（TI）中长程铁磁性的引入对反常量子霍尔效应的实现及未来自旋量子器件的应用具有重要意义，本论文将磁性元素掺杂的TI作为研究对象之一，首先从晶体生长的角度，从宏观到微观讨论了晶体在不同生长条件下的生长习性及缺陷，然后从磁学性质和电子结构角度出发，通过研究磁性和体系载流子浓度之间的关系来探究体系中磁性的来源。稀土钡铜氧(RE_1+xBa_2-xCu₃O_7-y，RE123，RE=Y、Sm、Nd)薄膜被用作RE123晶体、液相外延厚膜以及块体材料生长中的籽晶，其热稳定性的优劣是能否成功诱导材料生长的重要因素，对稀土钡铜氧超导薄膜的热稳定的研究具有极其重要的科学意义和应用价值。本论文主要研究内容及成果展开如下：1．拓扑绝缘体所具有的奇异物理性质的实现极大地依赖于样品质量的提升以及对拓扑绝缘体的掺杂控制，如何制备出优质的单晶样品是研究的基础。我们以制备纯的以及磁性原子Mn掺杂的Bi₂Te₃单晶为例，通过对单晶形貌的观察，分析了单晶的生长特征，并比较了不同生长方法和条件下的单晶品质。研究发现，在一定的条件下，熔体法生长的单晶结晶品质要优于自助熔剂法，后者容易在晶体中产生原子空位、液体包裹等缺陷，生长出优质单晶需要非常慢的降温速率，效率较低。生长Mn掺杂单晶时，掺质对晶体的质量及生长习性产生了很大的影响，Mn元素大部分被排出晶体之外。STM结果表明，两种方法制备的掺杂单晶中，Mn元素都可以替代Bi位，单晶中存在Bi_Te、Te_Bi、Mn_Bi以及原子空位缺陷。两种方法相比，熔体法生长单晶的效率和质量要优于溶液法。研究给我们提供了直观的晶体质量方面的信息，对我们了解晶体的生长习性以及提高晶体质量具有一定的指导意义。2．磁性原子Cr掺杂的Sb₂Te₃具有面外为易轴的宏观铁磁性，如果这种磁性来源于其本身而与非本征的磁性团簇无关，那么在该体系中就有可能实现反常量子霍尔效应。为此，我们需要研究其磁性的来源问题。我们成功制备了Cr、Bi两种元素共掺杂的Cr_0.05Bi_xSb_1.95-xTe₃单晶，研究了其宏观磁学性质和系统载流子浓度之间的关系，证实了其磁性的本征性。Bi掺杂成功地调节了体系的载流子浓度，体系的居里温度Tc以及Cr平均原子磁矩的大小均在x=0.3时达到最低值，与载流子浓度有相同的变化趋势，这说明体系中的磁性是来源于Cr_0.05Bi_xSb_1.95-xTe₃本征磁性，而非来源于其它磁性团簇或者纳米晶粒等。我们的研究表明，Cr_0.05Bi_xSb_1.95-xTe₃单晶体系非常适合开展拓扑绝缘态和磁性有序态相互作用的研究，对拓扑绝缘体中自旋相关应用具有非常重要的意义。3．磁性原子Fe掺杂的Bi₂Se₃体系的磁性来源一直备受争议。承接上一条的主旨，我们从稀磁半导体中本征磁性受载流子浓度调制的角度，针对Fe掺杂的铁磁拓扑绝缘体的磁性来源问题进行了系统研究。实验发现，我们通过Ca掺杂成功地调节了体系的载流子浓度，在最佳掺杂水平下，费米能级被调节到狄拉克点附近，载流子类型由n型变为p型。在所有的Ca掺杂下， Bi_1.84-xFe_0.16Ca_xSe₃单晶都具有铁磁性，和Cr_0.05Bi_xSb_1.95-xTe₃不同，其磁化强度随温度的变化曲线上有三个转变，体系的磁性比较复杂。磁滞回线在高场下表现出明显的抗磁信号。同时，Fe平均原子磁矩非常小，只有0.07±0.02μB，综合以上测试结果，我们认为在Fe-Bi₂Se₃体系中存在严重的相分离，样品中存在抗磁的基体Bi₂Se₃相与Fe掺杂形成的磁性相，体系中的磁性很可能来源于非本征磁性Fe_xSe_y纳米晶粒。我们的结果表明，体系的宏观磁学性质与载流子浓度无明显关联，Bi_1.84-xFe_0.16Ca_xSe₃中的铁磁性是非本征磁性，与Cr-Sb₂Te₃形成对比。4．此外，利用本课题组的仪器优势，我们利用高温金相显微镜研究了RE123薄膜的熔化过程。RE123薄膜热稳定性的影响因素已有较为全面的研究，其中，基板效应以及不同的稀土元素在Ba-Cu-O熔体中的溶解温度系数（t.c.s.）的作用是两个非常关键的因素，为了揭示二者对过热性能的共同影响，我们观察了一系列α/substrate （α/sub）薄膜的热稳定性。实验发现，不同的RE123相的过热能力对改变基板的敏感度不同，Y123比Sm123更敏感。通过对薄膜熔化三个阶段的分析，我们得出了基板，t.c.s.以及薄膜的过热能力三者间的联系：根据过热能力ΔT_c^s值以及溶解度温度曲线所决定的过饱和度随过热度的变化曲线（σ-ΔT^s曲线），可以估计不同基板的临界过饱和度（σ_c）的位置。从而对于任意给定的α/sub薄膜，我们可以大致根据匹配情况来判断其过热能力的高低。此研究使我们深化了对薄膜过热决定因素的认识，对我们寻找高品质的薄膜籽晶材料具有一定的指导意义。