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半导体自旋电子学是目前凝聚态物理学中的研究热点之一，它主要研究自旋极化载流子的注入、控制和检测。将磁性引入半导体材料会得到两种典型材料：磁性半导体材料和铁磁金属/半导体复合结构。Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体(Ga,Mn)As是典型的磁性半导体材料，它既保持了常规半导体材料的特性，又具有空穴诱导出来的铁磁性，将电荷和自旋两种自由度完美的融合到一起。Fe/GaAs是铁磁金属/半导体复合结构的典型代表，因为Fe具有室温铁磁性，在实际应用中更具有价值。本文重点研究了这两类典型材料在相变附近的物理过程和物性变化。研制了能够在生长过程中原位检测薄膜磁性的磁光Kerr测量系统，搭建了一些精密的电流诱导磁光偏转测量装置和噪音谱测量装置，深入地研究了(Ga,Mn)As的物理特性。主要研究成果如下：
1.根据磁光Kerr旋转的原理，研制了一套原位薄膜磁性监视系统。无需对原有分子束外延(MBE)系统进行大的改动，在现有条件下就可以实现原位检测，所以不会影响MBE的正常工作状态，有效地避免了真空泄漏的问题。这套装置可以连续实时地监测薄膜在生长过程中的磁性质变化。我们用这套装置研究了在GaAs衬底上生长Fe薄膜的过程，得到了生长过程中Fe薄膜磁性和薄膜厚度的关系，检测到了Fe薄膜从超顺磁到铁磁性的相变。这为进一步研究铁磁金属/半导体复合结构提供了重要的参考资料。
2.建立了一套自发噪音谱测量系统。通过测量(Ga,Mn)As材料的自发噪音谱，发现外加磁场会降低(Ga,Mn)As的自发涨落，这可能是由于外加磁场使(Ga,Mn)As的磁畴部分有序化。当温度升高的时候，(Ga,Mn)As的自发涨落会逐渐增大，与涨落-耗散定理相符。对于不同频率的噪音，它们随温度的变化规律很不一样。当频率低于30KHz的时候，噪音谱和温度的变化关系和热噪音很相似，但数值上明显大于热噪音的值；当频率在30KHz左右的时候，噪音大小和温度成线性关系；当频率大于30KHz以后，可以看到在相变点附近，噪音大小和温度关系出现了明显的转折，高频高温噪音的大小和热噪音的理论值非常接近。这一结果表明(Ga,Mn)As的磁性转变过程与一般铁磁性材料在细节上有所不同，这有助于深入理解(Ga，Mn)As磁性起源的物理机制。
3.首次在(Ga，Mn)As材料中观测到某些特定频率的电流可以显著地驱动磁光克尔旋转，在共振的时候只需要103Acm-2量级的驱动电流就可达到10-5的转动角，这要远低于自旋霍尔效应所对应的典型值。当温度高于(Ga，Mn)As材料的居里温度的时候，仍能观测到这种现象，只是共振强度明显变弱。另外，在其它(Ga，Mn)As材料的样品中，也观测到了类似的现象，尽管共振频率并不相同，这说明这一现象可能存在有普遍性。这一发现可能对自旋态的控制很有意义。