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稀磁半导体，尤其是Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体(Ga,Mn)As和(Ga,Cr)As是半导体自旋电子学的重要材料基础，它们既保持了常规半导体(p型)的特性，又具有载流子诱导的铁磁性，从物理机制上将电荷和自旋两种本征属性溶合在半导体晶体内，有望成为革命性的新一代器件技术的材料选择，是当前国际上的研究热点。本论文研究了(Ga,Mn)As和(Ga,Cr)As品格常数、磁和输运等性质。自行搭建了采用超连续白光源的MCD测量装置，对上述材料的磁光性质进行了深入研究，在此基础上还开展了(Ga,Mn)As的器件探索工作，得到了如下的研究结果：
(1)通过研究一系列在不同As源温度下生长的(Ga,Mn)As样品的晶格常数，磁性质和磁输运性质，证实了补偿缺陷AsGa和MnI对(Ga,Mn)As的上述性质都有很大的影响，发现AsGa浓度随着TAs的增大而增大，MnI浓度随着它的增大而减小，说明As束流的控制对于改善(Ga,Mn)As的磁和输运性质有重要的意义。而且，剩余磁矩、居里温度、电阻率和名义空穴浓度的测量都表明TAs=290℃可能是生长(Ga,Mn)As的最优条件。
(2)研究了铁磁性(Ga,Mn)As外延薄膜的基本磁输运性质，观察到铁磁性半导体的反常霍尔效应、由自旋旋转引起的正磁阻效应和由自旋位错散射引起的负磁阻效应。研究了(Ga,Mn)As巨平面霍尔效应的角度依赖性，给出了更直观的物理图像理解。我们还发现当磁场轻微偏离样品法线方向(～4°)时，由于巨平面霍尔效应的混入会使(Ga,Mn)As在垂直磁场下的反常霍尔效应表现出异常特征。因此，用反常霍尔效应来表征材料磁化特征时，必须保证磁场与样品严格垂直。
(3)首次提出了利用(Ga,Mn)As平面霍尔效应来实现电流驱动的磁化翻转。不仅实现了电流驱动的四度磁化翻转，而且把临界电流密度从当前国际最好水平的105 Acm-2下降到了102Acm-2。我们的工作表明采用全电学方法可以完成数据向(Ga,Mn)As层的写入和读取，很有可能构造出电流驱动的、结构简单的新型四态存储器。
(4)采用超连续光谱白光源构建了一套几何配置灵活的MCD测量装置。用它测量了(Ga,Mn)As的MCD光谱，获得了与别的研究组报道一致的结果。并且首次在不同的测量几何配置下用MCD研究了(Ga,Mn)As的铁磁行为及其磁晶各向异性。
(5)观察到了(Ga,Mn)As薄膜MCD信号明显偏离磁化特征的振荡现象。从实验上详尽地研究了这种现象与温度、光波长、磁场及其方位、光强与光斑大小、样品特性和样品厚度的依赖关系。证明了这种现象只与(Ga,Mn)As本征的巨Zeeman分裂直接相关。按照MCD信号的微观表达式，我们推测这可能反映了由巨Zeeman分裂引起的不同价带位置随磁场相互移动的结果。采用引入能带交错效应后的MCD微观模型具体计算了MCD信号，得到与实验一致的模拟结果，初步解释了所观察到的MCD随磁场的振荡现象。但是，如何理解这种振荡现象与样品厚度的敏感依赖关系仍有待进一步研究。我们的工作可能为(Ga,Mn)As中由巨Zeeman分裂诱发的各价带位置相对错位提供判据。
(6)首次用测量MCD的磁场依赖关系发现了低温分子束外延法生长的(Ga,Cr)As样品不仅有磁矩饱和现象而且呈现出磁滞特性。当我们将磁场分别从1 T和-1 T回扫到0，测量零场下的MCD信号，也发现其符号是相反的，进一步证明了在零磁场的剩余磁化作用也足以引起巨Zeeman分裂。因此，无论是由SQUID测量的磁化特征还是由MCD表征的磁化特性均表明用低温分子束外延法生长的(Ga,Cr)As具有本征铁磁性半导体的性质。目前主要的问题是如何优化生长条件生长出没有第二相的、高质量的铁磁性(Ga,Cr)As薄膜，并努力提高它的Tc。