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由于具有丰富的物理内涵和在工业界的成功应用，磁性隧道结成为自旋电子学研究的重点。本文中我们制备了具有垂直磁各向异性的磁性隧道结，并探索了有机材料材料(有机小分子和石墨烯)的自旋输运性质，主要研究成果如下：
(1)基于Co/Pt多层膜的磁性隧道结的隧穿磁电阻(TMR)比值低，为了研究退火处理是否可以增大其TMR比值，制备了具有垂直磁各向异性的[Co(0.5nm)/Pt(2nn)]6/Co(0.5nm)/Al-O(1 nm)/[Co(0.8 nm)/Pt(2 nm)]3的隧道结，对其进行退火处理，通过X射线镜面反射、磁滞回线、磁电阻等测量，分析了退火对隧道结的结构、磁性和TMR比值的影响。在一定温度下退火可以使得TMR比值增大，但是退火温度过高使得Co/Pt多层膜的界面粗糙度增大，垂直磁各向异性降低，导致隧道结的TMR降低。所以适当温度退火可以提高基于Co/Pt多层膜的磁性隧道结的TMR比值。
(2)为了给出具有垂直磁各向异性的CoFeB/MgO/CoFeB隧道结的制备条件，研究了夹在Ta、MgO薄膜之间的CoFeB薄膜的磁性质，发现其磁各向异性的方向与薄膜厚度和退火处理有关，从而给出具有垂直磁各向异性的CoFeB/MgO/CoFeB隧道结的制备条件；之后我们制备了具有垂直磁各向异性的CoFeB/MgO/CoFeB隧道结，该磁性隧道结的隧穿磁电阻比值的随温度降低而增大，在低温下仍保持较好的垂直磁各向异性。
(3)为了研究有机分子3HDP中是否存在自旋相关输运，制备了Co90Fe10纳米颗粒/有机分子3HDP组成的颗粒膜，颗粒膜在4.2K下表现出约0.2％磁电阻效应，证实了有机材料3HDP中的自旋相关输运。随着CoFe颗粒增大，颗粒膜的磁性表现出从超顺磁状态到铁磁状态的转变，输运性质在t=6nm时表现出明显的类绝缘-金属性的相变。为了解释该颗粒膜中电输运性质，我们对双缺陷极化子模型进行修正。考虑金属颗粒本身电阻随温度变化的修正后，双缺陷极化子跃迁模型可以很好地拟合实验结果。
(4)为了研究石墨烯的自旋输运性质，我们利用微区拉曼光谱分析了金属电极与石墨烯之间的相互作用，发现热蒸发的磁性金属Co(或Ni)与石墨烯接触后对石墨烯产生电子(或空穴)掺杂作用，金属沉积不会改变石墨烯的结构；然后制备了以CoFe为电极的石墨烯的非局域自旋输运电路，观察到了非局域偏压随外磁场的变化，并测量了石墨烯的非弹性散射隧道谱，得到室温下石墨烯的自旋弛豫长度大于300nm。