本论文对单畴铁磁和反铁磁颗粒中的宏观量子相干和隧穿现象，以及 宏观量子共振相干现象中的拓扑相位干涉效应进行了系统的理论研究，希 望有助于今后的实验观测和与理论结果的比较。 首先详细地讨论了单畴铁磁和反铁磁颗粒中的宏观量子相干和隧穿现 象。在自旋相干态表象基础上，研究了关于单畴铁磁颗粒的宏观量子相干 和隧穿模型，利用瞬子技术，给出了体系量子隧穿率和基态隧穿能级劈裂 的完整表达式，并且在这些模型中，所加外磁场的强度可以在0＜H＜H_c 范围内连续变化，这超越了以往理论工作中所作的低势垒高度（H→H_c） 近似，为实验提供了一便利条件以观测单畴铁磁颗粒中磁化矢量的宏观量 子隧穿和相干现象。理论和实验研究都表明：与相似体积大小的单畴铁磁 颗粒相比，单畴反铁磁颗粒具有较大的量子隧穿率和较高的从热激发区域 向量子隧穿区域过渡的转变温度，这使得单畴反铁磁颗粒成为理论和实验 研究的热点。对于单畴反铁磁颗粒，以往的理论结果只精确到量子隧穿率 中的WKB指数因子，并且所考虑的磁晶各向异性只具有简单的两轴对称 性。本论文在反铁磁双于格模型的基础上，利用自旋相干态路径积分表象 中的瞬子技术，发展了一套普遍的理论方法，不但可以计算量子隧穿率中 的WKB指数因子，而且能得到在经典路径附近的量子涨落而造成的指数 前置因子。在此基础上，将以往理论工作中所考虑的简单两轴磁晶对称性 推广到实验中所常见的主要磁晶对称性的系统，分别得到了量子隧穿率和 基态隧穿能级劈裂，这为今后的实验观测提供了理论依据。 另外本论文还涉及到磁体系宏观量子共振相干现象中的一个独特的效 应：对于某些具有高对称性的磁系统，量子隧穿行为强烈依赖于磁性颗粒 自旋的奇偶性。利用有效Hamilton量方法，系统地研究了具有复杂的三轴， 四轴和六轴磁晶对称性的单畴磁性颗粒中的拓扑相位干涉效应，对每一种 磁晶对称性，都得到了体系的低能隧穿能谱结构，并分别讨论了沿中间磁 化轴方向和难磁化轴方向的外磁场对拓扑相位干涉效应的影响。通过计算 低能隧穿能级对体系热力学量的贡献，研究了如何在实验上观测单畴磁性 颗粒宏观量子共振相干现象中的拓扑相位干涉效应。 摘要 最后研究了在ZX平面内沿任意方向的外磁场下单畴磁性颗粒中的宏观量子相干和隧穿现象，对于单畴铁磁颗粒，所考虑的磁晶各向异性具有 多复杂的三轴和六轴对称性；而对于单畴反铁磁颗粒，所考虑的磁晶各向异 厂性具有实验中所常见的两轴，三轴，四轴和六轴对称性。理论结果明确表明量子隧穿率和从经典到量子过渡的转变温度显著依赖于外磁场的取向，这提供了一种独立的实验手段以观测单畴磁性颗粒中的宏观量子隧穿和相干现象。