低维磁性纳米材料因其具有优异的物理性能和广阔的应用前景,一直备受科学家们的关注。其中磁性核壳纳米材料如磁性核壳纳米线、纳米管、纳米岛以及磁性纳米薄膜由于特殊的结构特点,使其具备丰富的磁性性能和多样化的表面性能,而被广泛地应用在环境催化、光电探测器、太阳能电池、磁存储装置等领域当中。相比于块体材料,磁性纳米薄膜材料可以表现出显著的尺寸效应,界面效应和量子效应,其补偿行为和相变规律在磁记录方面有着重要的应用价值。目前,科学家们已经制备出大量的低维磁性纳米材料,这为理论上研究低维磁性纳米材料相关的物理性质提供了重要的依据。本论文基于Monte Carlo方法,针对四种低维磁性纳米材料:磁性核壳纳米线、磁性核壳纳米管、磁性核壳纳米岛和三层石墨烯结构磁性纳米薄膜,建立相应的混自旋Ising模型。从量子力学的微观角度,研究四种低维磁性纳米结构的磁性和热力学性质。系统研究了磁晶各向异性、交换耦合作用、纵场以及温度等物理因素对各类系统总磁矩、子格磁矩、磁化率、磁滞回线、矫顽力、饱和剩磁、内能和比热等物理量的影响。获得了相变温度、补偿温度和阻碍温度随各物理参数变化的相图,探索低维磁性纳米结构在温度场和纵场中的磁化特性机理,揭示了各物理参数的作用规律,阐述了磁性阶梯效应的产生根源。研究结果表明,对于磁性核壳纳米线和纳米管,在一定参数的范围内,系统存在一级、二级相变、补偿点和三相点。补偿点的出现依赖于磁晶各向异性和交换耦合作用的某些临界值。系统的补偿行为源自于不同子格磁矩随温度变化的依赖关系不同。在磁性核壳纳米管中,还发现了双补偿点现象。低维亚铁磁性纳米线和纳米管可以表现出Neel理论所预言的磁矩曲线类型,如N、Q、P和L型,这是磁晶各向异性、交换耦合作用和温度等物理参数之间的竞争所导致的结果。磁化率和比热曲线在相变温度处会表现出奇异现象,峰值对应的温度即为相变温度。此外,还可以出现双峰磁化率和比热现象。在某些参数范围内,系统会表现出单环、双环、三环和五环的磁滞回线。多环磁滞行为在复合磁记录方面有着重要的应用。减小磁晶各向异性的绝对值和温度,或者增大交换耦合作用会使得系统的矫顽力增大。对于磁性核壳纳米岛,磁晶各向异性的影响对于磁矩、磁化率以及内能的影响要大于交换耦合作用的影响。在某些参数下,系统也可以表现出双峰磁化率以及双环和三环的磁滞回线现象。温度的升高会使系统的磁滞行为消失,最终变成超顺磁态。对于三层石墨烯结构磁性纳米薄膜,系统饱和磁矩的变化受磁晶各向异性的影响更为丰富,而磁化率曲线也会出现双峰现象,高温区的峰对应阻碍温度TB,而低温区的峰反映了内能的非单调性变化。系统的阻碍温度随着交换耦合作用以及纵场h的增大而增大,但是随着磁性磁晶各向异性绝对值的减小而增大,并且当纵场较大时,TB基本不变化。在纵场和其它物理参数相互竞争的影响下,系统总磁矩表现出有趣的阶梯效应,反映了系统在低温下自旋组态的变化以及是否遵守2S+1法则的规律。系统也可以表现出单环和三环的磁滞行为。本文工作中将一些研究结果和规律与其他理论研究结果以及相关的实验结果进行了对比,分析了异同点,并给出了合理的物理解释。本文工作将丰富人们对于亚铁磁性系统的相变规律和补偿行为的认识,进一步弄清低维磁性纳米结构的磁性起源机制,完善和促进低维磁性纳米结构物性的理论体系,为未来实验上制备与应用低维磁性纳米结构提供科学的理论指导依据。