自旋电子学是最近二十年来建立和发展起来的一门集磁学、半导体学、微电子学，信息技术、纳米技术等的新型交叉学科。它在介观尺度范围内研究自旋极化电子的输运特性(包括自旋极化、自旋相关的散射、自旋注入与自旋驰豫等)，同时利用电子的电荷和自旋两种特性作为信息的载体，开发研制在新的机理下工作的自旋电子器件。自旋电子器件以其高速度、高集成度、低功耗、快响应、高存储密度等优点，日益受到世界上越来越多企业的青睐和科研小组的关注。 磁性半导体是自旋电子学的热门方向之一。由于其具有的多种新奇特性，如：巨法拉第旋转，巨磁电阻，磁光效应等，激起人们的研究热潮。人们对II-VI族、IV族、III-V族等大量半导体体系进行了系统研究。发现了许多包括磁特性、输运特性在内的丰富的物理现象。 本报告利用先进的透射电子显微技术(包括选区电子衍射、高分辨像、电子能量损失谱，EDS能谱)结合XRD和SEM分析技术，对Zn1-xCoxO1-δ系II-VI族氧化物磁性半导体和Ge1-xMnx系IV族磁性半导体的晶体结构和成分进行了详细的研究，找到了微结构与磁性来源的关系。制备出了具有室温铁磁性的Sn1-xFexO2本征磁性半导体材料。具体结论如下： 1．用透射电子显微分析技术系统研究了不同氧分压下制备的Zn1-xCoxO1-δ亚稳态氧化物磁性半导体薄膜。实验发现，薄膜中的氧含量决定了材料的微结构和磁性能。在制备条件无氧分压时，薄膜由类Co结构的非晶态ZnCoO和尺寸约为5nm的纳米晶纤锌矿结构Zn1-xCoxO1-δ相组成，两相均为铁磁相，具有高的饱和磁化强度。随着氧分压的增加，非晶态ZnCoO减少甚至消失，铁磁性减弱，Zn1-xCoxO1-δ相晶粒长大至10～20nm(当氧分压为2．4mPa时)，铁磁性仅来源于纤锌矿结构Zn1-xCoxO1-δ相。此时，观察到反铁磁相的CoO。氧分压继续增加，Zn1-xCoxO1-δ相晶格中的氧缺位大量减少，该相的铁磁性继续减弱，直至在室温下消失。Zn1-xCoxO1-δ薄膜微结构和磁性能对薄膜生长时的氧分压极为敏感。所以我们可以通过改变溅射过程中的氧分压起到调控Zn1-xCoxO1-δ薄膜微观结构和宏观铁磁性的目的。 2．用超高真空热蒸发的方法在液氮冷却的玻璃衬底上生长了高Mn含量的Ge1-xMnx非晶薄膜。所有的薄膜样品均有铁磁性。电子显微分析表明，当Mn含量较低时，薄膜是非晶态的。饱和磁化强度和居里温度随Mn含量的增加而增加。当x=0．52时达到最大值，居里温度从174K增加到220K。然而随着Mn含量的继续增加，饱和磁化强度减弱，居里温度却保持不变。在x>0．66时，薄膜发生了不均匀晶化现象：接近衬底部分是铁磁非晶Ge1-xMnx相，接近表面部分是反铁磁Ge8Mn11合金相。这两相的交换相互作用是产生交换偏置的根源。 3．我们利用共沉淀法在900℃的烧结温度下，制备了Sn1-XFexO2粉末样品。样品具有室温铁磁性，和较高的饱和磁化强度38．8memu/g。经过XRD粉末衍射和SEM分析，发现该粉末样品由两相组成：金红石结构的Sn1-xFexO2相和α-Fe2O3相。形状为直径100nm-1μm，长度为约10μm的纳米棒。经浓盐酸腐蚀后，α-Fe2O3已经完全去除。得到了具有本征室温铁磁性的单纯的Sn1-xFexO2相。Sn1-xFexO2纳米棒变细(约为几十-700nm)。其饱和磁化强度大大减弱，只有1．01memu/g。纳米棒中的Fe原子分布不均匀。棒中心的Fe原子含量低、磁性弱，表层的Fe原子含量高、磁性强。表层强磁性外壳被浓盐酸腐蚀掉，导致磁性的急剧下降。