磁性铁氧体材料的微观原子结构决定了其宏观磁学性能,深入研究铁氧体材料微结构与磁学性能之间的关系,对于调控和优化其磁学性能以及构造新型功能性器件具有重要的指导意义。在本论文中,以具有丰富结构类型和优异磁电性能的低维铁氧体作为研究对象,利用具有亚原子分辨率的球差矫正电子显微镜,系统地研究和解析了三种典型铁氧体（包括尖晶石型、磁铅石型和石榴石型）的精细微结构,结合常规的物性测试手段、理论分析模拟以及第一性原理计算等,深入阐释了其微观原子结构与宏观磁性能之间的本质联系,并通过元素掺杂的诱导方式来进一步研究铁氧体微结构变化对其宏观磁学性能的影响,这对于实现精确调控其磁电性能以及设计和制备高性能铁氧体具有重要的意义。本论文的主要研究内容概括如下:1.单颗粒链CoFe₂O₄纳米纤维的制备、微观表征及磁化翻转研究研究了钴铁氧体纳米纤维微观晶体结构与磁结构间的关系,并利用微磁学模拟研究了其动态磁化翻转过程。采用静电纺丝法成功制备出单颗粒链的CoFe₂O₄纳米纤维,结合扫描电子显微镜和透射电子显微镜,对其形貌、化学组成以及两颗粒之间的界面进行了系统地表征,结果表明纳米纤维具有连续的结构和相对均匀的分布,单颗粒链由单个颗粒沿着纤维长轴堆垛生长而成,且每个颗粒具有随机的晶体取向。随后利用离轴电子全息技术对单根CoFe₂O₄纳米纤维的磁结构进行观测,得到其零场下的磁化分布图,结合理论计算和微磁学模拟均表明,磁化翻转方式为一致翻转。2.反尖晶石型CoFe₂O₄纳米纤维阳离子占位的直接观测以及磁学性能研究了理想反尖晶石型钴铁氧体微结构与磁性能间的关系。采用球差矫正电子显微镜首次观测到理想反尖晶石结构CoFe₂O₄中阳离子的精确占位,结果表明1/2 Fe³⁺离子占据全部四面体位,剩余1/2 Fe³⁺离子和全部Co²⁺离子占据全部八面体位,Co²⁺离子和Fe³⁺离子在八面体位沿着[001],[011]和[-112]晶帯轴方向有序排列,比例为1:1,结合QSTEM软件模拟了三个晶帯轴方向的理论原子像,证实了钴铁氧体为理想的反尖晶石结构,同时模拟得到理论正尖晶石型原子像,与实验结果进一步对比发现,其原子占位与反尖晶石型刚好相反。随后对钴铁氧体的宏观磁学性能进行系统地测量,基于反尖晶石结构所做的理论饱和磁化强度计算值与磁性测量值完全一致,进一步证明了TEM观测结果的正确性。3.锌掺杂镁铁氧体中离子占位的原子尺度显微分析及其磁学性能。研究了正尖晶石型镁铁氧体微结构以及锌元素掺杂下其微结构变化对宏观磁性能的影响。通过球差矫正电子显微镜技术研究了镁铁氧体中阳离子的精确占位,结果表明,三个晶帯轴方向[001]、[011]和[111]的原子像与正尖晶石结构的原子排列相一致,证明了镁铁氧体具有理想的正尖晶石结构。随后又研究了锌掺杂的镁铁氧体中掺杂离子Zn²⁺的取代和占位情况,结果表明,掺杂离子Zn²⁺随机取代八面体位中的部分Fe³⁺离子。结合系统的磁学性能测量可知,掺杂后的镁铁氧体饱和磁化强度增大,居里温度降低。4.稀土元素掺杂永磁体中掺杂位置的原子尺度显微分析及其磁性起源系统研究了具有复杂磁铅石结构的M型锶铁氧体的微结构和稀土元素镧掺杂锶铁氧体中的微结构变化及其磁性起源。首次拍摄出复杂磁铅石结构三个晶带轴方向[001]、[011]和[-112]的原子图像,并通过ABF技术得到氧原子的具体分布,结合QSTEM理论原子像模拟表明,拍摄得到的原子结构与理论的磁铅石原子结构完全一致。随后又直接观测得到La掺杂SrFe₁₂O₁₉铁氧体中掺杂原子的精确取代位置,即只有Sr²⁺阳离子被La³⁺阳离子随机取代,消除了之前文献报道中关于镧元素具体取代位置的众多争议。结合宏观磁性测量以及第一性原理计算,揭示了La³⁺离子掺杂后位于四面体4f₁位的Fe³⁺阳离子电子态发生变化,进而导致饱和磁化强度的增大,而八面体2a位的Fe阳离子电子态改变是为了保持体系电中性,这与实验观测中的原子级EELS结果相一致。5.石榴石型铥铁氧体薄膜的制备与离子占位的原子尺度显微分析。采用脉冲激光沉积法成功地在SGGG[111]晶带轴方向（置换型GGG）衬底上生长出单晶石榴石结构的外延Tm₃Fe₅O₁₂（TIG）铁氧体薄膜,并对其化学成分和界面信息进行了细致地表征,结果表明,TIG薄膜成分均一,与衬底的晶格匹配良好,界面清晰。随后又应用球差矫正的电子显微镜,对薄膜的微结构进行了详尽地表征,其四个晶带轴方向[0-11]、[012]、[11-2]和[1-22]的原子图像与理论石榴石原子结构完全一致,这对于进一步研究TIG薄膜微结构与磁性能间的关系以及构造新型自旋电子学器件起到指导性的作用。