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近年来，随着介观物理和纳米加工技术的发展，电子自旋在介观系统中的输运研究取得了长足的进展。由于自旋特有的性质和巨大的应用潜力，关注自旋在介观系统中输运的人越来越多。基于自旋的磁性隧道结的研究已经成为凝聚态物理研究的重要领域之一。本文运用散射矩阵理论研究了铁磁/绝缘层/铁磁/绝缘层/铁磁(F/I/F/I/F)双势垒隧道结在顺序和相干隧穿区的隧穿磁电阻(TMR)。由于单层石墨具有独特的色散关系和新奇的输运现象，独立存在的单层石墨一出现便引起普遍的关注。现在人们已经开始研究基于单层石墨的自旋输运。我们在下面的章节中讨论了单层石墨/铁磁性单层石墨/单层石墨/铁磁性单层石墨…/单层石墨(NG/FG/NG/FG…/FG)磁性超晶格的自旋输运现象。随着自旋电子学的发展以及相关器件产品的不断开发和利用，近年来人们对铁磁/超导隧道结(F/S)及其多层结构中自旋极化的准粒子输运的研究产生了极大的兴趣。由于该隧道结系统是一个最基本的记忆储存器件单元，具有广阔的应用前景，并且作为研究铁磁性和超导电性相互作用和影响的良好载体，蕴含着丰富的物理内容，目前已成为一个很活跃的研究课题。本文研究了铁磁/绝缘层/铁磁/绝缘层/(s波或d波)超导体(F1/F2/S)结构中存在的一个特殊的现象——超导的自旋三重态关联。主要包括以下内容：
在第一章中，简要的介绍本文有关的实验和理论背景，处理问题的理论方法，以及文中所涉及的物理概念等。
在第二章中，我们具体研究了F/I/F/I/F双势垒隧道结在顺序隧穿和相干隧穿区的隧穿电导和TMR。在顺序隧穿区，我们推导了双势垒隧道结的Jullière公式，计算表明双势垒隧道结的TMR始终小于等于构成它的两个单势垒隧道结的TMR的最大值。接下来我们研究了同时考虑相干和顺序隧穿成份时的电导和TMR随中间铁磁层厚度L的变化关系。我们发现电导和TMR随L的增加而振荡衰减，其中振荡来源于相干成分的贡献，而衰减是由中间铁磁层的杂质散射造成的非相干引起的。
在第三章中，运用转移矩阵的方法我们研究了单层石墨磁性超晶格中的自旋输运现象。通过调节磁性石墨区域的门电压，我们可以改变此区域的化学势。我们发现电导的自旋极化率和TMR随着铁磁性石墨区域的化学势的改变呈现振荡行为，因此我们得到了受门电压控制的TMR。尤其是在铁磁的交换能很弱的情况下，我们就获得了很大的TMR，这使得单层石墨磁性超晶格结构非常适合研制自旋相关器件。
在第四章中利用四分量的Bogoliubov—de Gennes方程，我们研究了不同铁磁层的磁化夹角α下F1/F2/S(s或d—波超导体)隧道结的隧道谱。我们研究不同铁磁层的磁化夹角α，铁磁电极F1和中间铁磁层F2极化强度和超导的配对势对隧道谱的影响。随着磁化夹角α的改变电导从α=0时的零偏压电导谷转交成α≠0零偏压电导峰。该转变主要来源于新的Andreev反射过程，与普通Andreev反射过程不同，该过程中电子和空穴来于同一个自旋带，导致在铁磁区域形成了自旋三重态关联。随着磁化夹角α的改变电导从零偏压电导谷到零偏压电导峰的转变可以作为存在超导的自旋三重态关联的标志。
在本文的最后一章，我们做了一个简单的总结和展望。