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磁性纳米材料包括二维超薄膜、一维纳米线和零维纳米点以及由这些单元组成的纳米结构如多层膜、纳米线和纳米点阵列，由于其在超高密度磁存储上的潜在应用前景以及在基础研究上的重要科学意义而得到人们广泛的关注。为了使磁性纳米结构能够真正实用化，有必要对材料的基本性质进行深入的研究。其中应该重点关注的是磁性纳米材料的磁化反转机制，磁各向异性以及磁性耦合机制等问题，它们能够帮助我们调制材料的磁性。在本文中，我们利用加场穆斯堡尔谱研究了Fe纳米线阵列的形状各向异性和偶极相互作用；使用多种原位分析技术如扫描隧道显微镜和表面磁光克尔效应等，研究了外延在Cu(100)衬底上的Fe超薄膜的矫顽力与角度的依赖关系以及临界行为等问题。
为了从微观的角度研究Fe纳米线阵列的磁各向异性，我们测量了不同外场下的57Fe穆斯堡尔谱，外场方向分别为平行或垂直于纳米线。根据六线谱中二、五峰的相对强度，可以求出不同外场下Fe磁矩的方向。由穆斯堡尔谱可以定量地求出纳米线阵列的形状各向异性常数，它比Fe的磁晶各向异性要大一个数量级。此外，由57Fe核位置处的有效超精细场与外场的变化关系，可以求出Fe纳米线阵列的横向和纵向退磁场。引用对称扇形球链模型，合理地解释了纳米线的磁畴结构以及平行方向的高矫顽力。
我们分别从数值计算和实验两个方面研究了六角排列的纳米线阵列中的偶极相互作用。使用偶极子近似以及纳米线的长度修正，计算了纳米线阵列中偶极场的大小。根据穆斯堡尔谱测量的有效超精细场与外场的关系，可以知道阳极氧化铝模板法制备的Fe纳米线阵列中的偶极场的大小。理论计算和实验结果都表明当沿垂直线方向加一饱和场时，纳米线阵列中有较强的偶极场，但是当磁矩沿着线方向排列时，线与线之间的偶极相互作用很弱，可以不予考虑。通过比较偶极相互作用与形状各向异性之间的相互竞争，我们求得了纳米线的直径与线间距离的临界比率，它决定了整个纳米线阵列的易磁化方向是平行线方向还是垂直线方向。
利用分子束外延方法在Cu(100)和Cu(111)表面上生长了面心立方结构的Fe薄膜。扫描隧道显微镜表明Fe在Cu(100)表面上是二维层状生长，而在Cu(111)表面上是三维岛状生长，这是由于Cu各个晶面的表面能不同所导致的。使用步进马达系统，我们在Cu(100)表面上制备了Fe薄膜的楔形样品，使我们可以在同一块样品上研究不同厚度的Fe薄膜的磁性。通过测量7.5ML的Fe薄膜在居里温度附近的克尔偏转与温度的变化关系，经拟合后得到居里温度为274K，临界指数为0.12，表明其磁性相变倾向于二维伊辛行为。表面磁光克尔效应结果表明Fe超薄膜在8ML到12ML之间发生了自旋重取向转变，Fe薄膜的易磁化方向由垂直膜面转变到平行膜面。8ML和12ML的Fe超薄膜的矫顽力与外场方向成余弦倒数关系，与Kondorsky模型相符，表明薄膜的反磁化机制是畴壁钉扎模式。12ML的Fe薄膜由于磁各向异性不够强，磁场在难磁化方向的分量会导致磁矩发生一致转动。