伴随着巨磁阻效应(GMR)以及隧穿磁电阻效应(TMR)被发掘后,自旋电子学成为下一个具有实际应用价值和潜力的新领域。自旋电子器件依赖于薄层磁性材料,用来控制电荷和自旋流。半金属铁磁材料在费米面只拥有单个自旋通道参与传输,而在另一个自旋通道中留存带隙,这对于自旋注入、自旋过滤器件具有重要意义。此外,在半导体和磁体界面进行自旋输运是自旋电子器件的另一个关键问题。然而,传统铁磁薄膜的界面低磁化强度阻碍了其在自旋电子学中的实际应用。连年来,二维材料本征铁磁性的发现激起了较多关注,并且由于范德华(vdW)力的结合,衬底效应在二维材料中受到限制。分子束外延(MBE)生长为获得具有完美计量比的薄膜、探索维度效应以及能制备与传统微电子技术兼容的异质结和超晶格提供了有效途径。本文研究了MBE生长的半金属铁磁薄膜和二维(2D)铁磁薄膜的磁性和磁性调制,主要结果如下:(1)直接观测Co2FeAl薄膜的高自旋极化率。探究了不同厚度Co2FeAl薄膜的磁性和自旋极化率,并首次在21个原胞(uc)厚度的薄膜中观察到了高达58%的高自旋极化率。当厚度减小到2.5uc时,自旋极化率下降到仅有29%。这种自旋极化率的变化还伴随着磁性的转变,临界厚度为4uc。厚度大于4uc时,薄膜的磁化强度达到体态值(1000emu/cm3)。这表明,厚度为4uc的Co2FeAl薄膜就可以实现磁化强度达到体态数值。(2)Co2FeAl/GaAs界面的原子级磁性。Co2FeAlHeusler合金的原子级磁性一直是一个未研究探索的问题。随着厚度降低至纳米量级,这一问题变得更为复杂。本文报道了利用原位磁光克尔效应(MOKE)和同步辐射X射线磁圆二色性光谱(XMCD)技术直接测量GaAs(001)衬底上的Co2FeAl外延薄膜。在厚度为3uc和20uc之间的Co2FeAl薄膜表现出了强的单轴磁各向异性。在低于3uc的临界厚度时,部分Co原子的自旋成反平行排列,这种反平行的自旋可能是导致磁矩显著减小和低自旋极化的原因。(3)外延生长的CrTe2少层薄膜的室温本征铁磁性。我们利用MBE在双层石墨烯上成功生长了单层和少层的二维材料,CrTe2。利用超导量子干涉仪(SQUID)和XMCD清楚地证明了少层CrTe2薄膜的本征二维铁磁性,居里温度(TC)高达300K,原子磁矩为0.21μB/Cr,垂直磁各向异性(PMA)为Ku～4.89×105erg/cm3。通过角分辨光电子能谱(ARPES),发现了自旋多带和少带在Γ点处劈裂了～0.2eV,是本征铁磁性的体现。重要的是,由于强PMA和层间弱铁磁耦合的存在,当薄膜厚度降为3uc时,铁磁序在3uc厚的薄膜中依然存在。(4)在CrTe2/Bi2Te3双层膜中的强拓扑霍尔效应(THE)。为了实现具有自旋手性的非共面自旋排布,除了破坏时间反演对称性外,还有一个重要的DMI相互作用。在这里,我们合成了具有原子级平整界面的CrTe2/Bi2Te3系统,是2D铁磁/拓扑绝缘体异质结的一个典型。通过研究它的霍尔输运,在反常霍尔回线的顶部观察到了叠加的驼峰和凹谷,这是由DMI稳定的拓扑非平庸手性自旋排布引起的。温度和磁场依赖的THE信号表明这属于Néel型斯格明子。