本文对半金属氧化物的磁输运网络效应和复杂性的研究主要集中在： 1．颗粒边界磁电阻(GrainBoundaryMagnetoresistance，6BMR)。 对不同半金属氧化物颗粒体系中的磁输运行为进行研究，包括：锰氧化物晶界结、Fe304粉末样品和Fe304／CrOz颗粒复合物。 对于锰氧化物颗粒，考虑到磁无序程度从内部到表面逐渐增强以及能带弯曲效应，我们创新性地提出一个核一壳模型描述颗粒边界处的非均匀磁性势垒。基于能带弯曲效应，势垒高度与磁化强度密切相关，因此，由于不同的磁无序程度，颗粒内部和表面的主导输运机制将存在差异，并且势垒高度将十分敏感于磁场、温度等外界条件的变化。基于此核一壳模型，我们首次在理论上同时计算出低场磁电阻和高场磁电阻效应，并全面地解释了高场磁电阻对颗粒表面性质的依赖关系以及低场磁电阻向高场磁电阻的渡越等复杂实验现象，深刻阐述锰氧化物多晶样品中磁电阻现象的机理。 与多晶样品相比，四氧化三铁的冷压缩粉末具有较为特殊的微观结构，颗粒尺寸以及势垒厚度均存在较宽的分布(即无序较强)，从而很难清楚地认识颗粒边界对磁输运的贡献。我们借助阻抗谱分析实验手段，考虑不同粒径颗粒间的主导输运机制(自旋相关隧穿、高阶非弹性隧穿等)，首次区分出颗粒边界对磁阻抗效应的贡献，为实验上寻找和设计具有显著交流磁电阻效应的微观结构提供依据。 首次讨论半金属氧化物颗粒复合体系中的逆磁电阻效应。针对四氧化三铁和二氧化铬颗粒混合而成的复合材料，充分考虑通过三种不同颗粒边界的自旋相关输运，建立无规电阻网络模型讨论逆磁电阻效应，并将其归结为两组分具有符号相反的自旋极化率。该模型较好地解释了实验中得到的磁电阻随组分浓度的变化，并能推广到其他类似的半金属氧化物颗粒复合材料。 比较以上三种半金属氧化物颗粒体系的磁输运行为，可以发现它们具有相同本质的磁电阻行为——颗粒边界磁电阻。由于颗粒边界对颗粒体系中磁输运的影响至关重要，颗粒边界磁电阻成为半金属氧化物颗粒体系外禀磁电阻的主要贡献者，并且可以通过改善颗粒边界的磁、电性质使磁电阻效应得到显著增强。 2．网络效应：逾渗增强的I磁电阻(Percolation--EnhancedMagnetoresistance)在这一部分的具体讨论中，研究范围被拓宽到颗粒间输运占主导地位的磁性颗粒体系，包括单相有序和多相无序(分散型和对称型)体系。 对于分散型微结构半金属氧化物颗粒体系(如多晶、粉末样品)，着重考虑其内禀特征——无序，建立电导存在一定分布的无规电阻网络模型，讨论网络的磁电阻效应随无序程度的变化。首次通过计算网络中的电流分布直接证实“无序导致电流局域化”的趋势，并指出被局域的电流是导致磁电阻增强的本质原因。尤其在强无序的极限情形，当电流被局限在一条通路时，无序颗粒体系将具有最大的磁电阻效应(66％)。 对于另一种对称型微结构的磁性颗粒复合体系，首次建立关联电阻网络模型，综合考虑网络结构间的关联、网络效应和具体输运机制对磁输运的影响，分析磁电阻效应随磁性金属颗粒浓度的变化，发现准1D逾渗通路的形成是逾渗阈值附近磁电阻效应普遍增强的本质原因，尤其需要指出的是，逾渗通路中隧穿键的参与使磁电阻在半金属极限下可能增强到100％。 对于半金属氧化物颗粒阵列这一有序体系，考虑强各向异性能和外场能的竞争，运用MonteCarlo模拟方法得出平衡的磁矩构型，并构建无规电阻网络。计算结果首次重现实验上发现的蝴蝶状磁滞回线，并预测排列整齐的2D二氧化铬颗粒阵列可能获得高达100％的低场磁电阻效应。 综上所述，与并联、串联电阻模型相比，电阻网络模型显然更适于描述颗粒体系的磁输运性质，尤其是对于半金属氧化物颗粒体系，其磁输运的网络效应是不容忽视的。各种颗粒体系中普遍存在着一种特定的磁电阻效应，其本质是磁场相关的电逾渗行为，主要体现在：磁场改变输运网络中导电键的组分浓度；通过自旋相关的输运机制，磁场使网络中键的输运能力得到改善；磁场还会影响导电通路的拓扑结构，使已形成的逾渗集团消失，从而导致体系在逾渗阈值附近表现出显著的磁电阻增强效应，将这种宏观表现出的磁电阻效应称为“逾渗增强的磁电阻”(percolation-enhancedmagnetoresistance，简称PEMR)。 3．锰氧化物的复杂性。 锰氧化物具有内禀的多尺度的非均匀性，这是由同时存在的多个活跃自由度——自旋、电荷、晶格和轨道的非线性耦合，以及多种共存的相互作用而导致的。在多相竞争的相分离状态，外界的一点微扰即可以导致锰氧化物性质的巨大变化；电子组分的近简并构型也使其具有“软”的特征；相分离时的整体行为无法用各相的自身性质描述。通过与软物质等复杂物质对比，我们发现以上现象均是锰氧化物复杂性的具体表现，锰氧化物也是一种复杂物质。 我们首次从复杂性的角度讨论锰氧化物的磁性质和磁输运性质。通过建立具有自组织结构特征的复杂网络，综合考虑短程的局部关联以及“意外事件”——随机的长程作用，运用MonteCarl0模拟和有效尺寸标度理论等方法，发现，即使“意外事件”以很小的概率发生，它也将导致巨团簇的共存、平均场型磁性相变以及庞磁电阻效应等特殊实验现象的出现，从而首次在理论上证实，多相竞争的锰氧化物中涌现出的多种奇异性质正是外界微扰的作用结果。 首次运用自旋极化的半导体输运理论，讨论锰氧化物p-n结的整流特性，定量地解释扩散势与温度的依赖关系，发现多功能性之一(与温度相关的整流特性)与复杂性(锰氧化物的电子结构)密切相关。