自旋电子学在电子的电荷属性基础上加入自旋自由度,并将自旋作为信息储存和传输的载体。在自旋电子学领域已经实现了高速读写探头的广泛应用,并有望将磁随机存储器和量子计算推向实用。自旋电子学的高速发展可能会引发新一轮的产业革命。Fe3O4以其高的自旋极化率和高的居里温度成为较为理想的研究材料。纳米尺寸的Fe3O4展现出不同于体材料的崭新性质,比如室温下呈现超顺磁态,具有高的磁矩和小的磁滞。同时,纳米尺寸的组装体有望实现器件的小型化和多功能化,具有广阔的应用潜力。但是小尺寸带来的问题就是衰弱的磁场敏感度和繁重的表面氧空缺。本文以这两个亟待解决的问题为着脚点,引入锌掺杂和氮氧自由基作为解决方案,同时研究材料的结构、磁性和自旋输运的相互关系,为纳米材料在自旋电子器件等领域的应用提供实验论证。本论文的主要工作如下:1.通过锌掺杂调控磁性铁氧体纳米颗粒的低场磁电阻性能为解决小尺寸磁性纳米颗粒降低的磁场敏感度而导致的衰弱的磁电阻性能,我们引入锌掺杂策略来解决该问题。7 nm不同掺杂浓度的铁氧体(ZnxFe3-xO4)纳米颗粒首先通过热解法获得,通过控制三种前驱物金属乙酰丙酮盐(M(acac)n,M=Fe2+,Fe3+,and Zn2+)的比例可以精确地调控锌的掺杂比例。随后用十三酸修饰来稳定表面。适量的锌掺杂可以提升饱和磁化强度和磁化率,两者分别在掺杂比例x=0.2和0.3时达到最大值,极值点的不同可归结于掺杂诱导磁晶各项异性的变化。进一步的公式演算发现,材料的低场磁电阻值与磁化率具有正相关的函数关系——Fe3O4结构中适量锌的掺入可以提升材料的总磁矩,降低磁各向异性,从而增加了纳米材料的磁化率,使其磁矩对低磁场更为敏感,最终达到提升材料低场磁电阻性能的目的。在4.5 kOe磁场下,十三酸修饰的Zn0.3Fe2.7O4纳米颗粒显示出优良的室温磁电阻性能,其值达到一14.8%。控制锌掺杂来提升低场磁电阻性能给研究者提供了一个全新的策略,即通过调谐磁性来构建高效的以Fe3O4为基础的自旋电子材料。2.探究氮氧自由基不同配位形式对磁性铁氧体纳米颗粒自旋相关性质的影响为减少小尺寸磁性纳米颗粒繁重的表面氧空缺,我们试图采用可以提供灵活配位数的氮氧自由基来降低表面的对称性破缺。我们首先通过热解法得到5.2 nm的Fe3O4纳米颗粒,然后通过配体交换将氮氧自由基配体L1和L2修饰在纳米颗粒表面,分别得到L1-和L2-Fe3O4。通过零场冷却和高场冷却下的磁性数据分析,竣酸类配体L2只能采取单配位的方式弥补表面的单空缺,而配体L1还可采取双配位的形式弥补表面的双空缺,从而大大提高了体各项异性能,降低了表面各项异性能。表面对称性破缺的减少,降低了自旋输运时的相关散射。在5.0 kOe下,L1-Fe3O4相对于L2-Fe3O4室温磁电阻提升28.6%。不同于之前研究简单地填补纳米颗粒表面的空缺位点,多配位的修饰方式可以更完整地修复表面的对称性破缺。