自旋电子学是关于如何主动地控制和操纵固态系统中自旋自由度的学科。它涉及到如何产生具有自旋极化的载流子、自旋动力学以及金属和有机材料中的自旋输运。自旋输运不同于纯粹的电荷输运。在这里，由于自旋轨道和超精细耦合，自旋在固态系统中已不再是个守恒量。有许多关于自旋注入和自旋极化输运的理论被提出来并应用到基于自旋相关器件和材料特性的基础研究之中。许多涉及应用的实验工作也被广泛的进行。去应用电场和磁场控制自旋和电荷动力学以获得传统器件不具有或不能有效实现的新功能。 自旋电子学的基础研究包括电子材料中的自旋输运、自旋动力学及自旋驰豫。它所涉及的典型问题为：(a)如何得到一个有效的自旋极化系统?(b)这个系统中的自旋极化状态能够保持多长时间?(c)如何探测自旋极化?本文针对以上基本问题从样品制备到测量以及可能性的器件应用给与了较为系统的论述。 (1)对四英寸热氧化硅衬底上沉积高质量的磁性隧道结纳米多层薄膜材料和如何利用光刻方法微加工制备均匀性较好的磁性隧道结方面做了研究，并对磁性隧道结的磁电性质及其工作特性进行了测量和讨论。利用我们现有的光刻设备和工艺条件在4英寸热氧化硅衬底上直接制备出的磁隧道结，其结电阻与面积的积矢(RA)的绝对误差在10％以内，隧穿磁电阻(TMR)的绝对误差在7％以内，所制备的磁隧道结具有较好的均匀性和一致性，可以满足研制MRAM存储单元演示器件的基本要求。 (2)探测自旋极化方面，提供了一种用于安德鲁反射测量样品制备的新方法。该方法采用聚焦粒子束刻蚀和磁控溅射，可以获得可控、干净、无应力的纳米接触用于自旋极化探测。所制备的样品中，磁性和非磁性材料样品的反射谱都表现出复杂的峰和谷结构。这些结构可能源于与界面相关的零偏压反常以及与激发态相关的的准离子相互作用。另一个Co40Fe40820合金样品被采用简单的钕针尖压针方法进行了对比性测量。所有的反射谱目前还不能被现有的理论给出令人满意的解释。但从定性的角度，高自旋极化率材料在所使用超导材料的能隙内表现出对反射更强的压制。 (3)我们对不同方法制成的镍纳米接触输运特性进行了研究。利用聚焦离子束对由电子束曝光制成的小图形进行修饰得到“T”字形纳米接触。采用原子力显微镜进行纳米印加以及利用聚焦离子束在氮化硅薄膜(厚度为50-100纳米)直接打孔形成的倒锥状纳米接触，所得到的纳米接触的尺寸范围为直径1到30纳米。在这些纳米接触中，得到了最高达到3％的磁电阻比值，且电阻值的转变异常尖锐，发生在几个毫特斯拉以内。我们利用接触点处的偶极相互作用模型对宽畴壁内的弹道磁电阻输运特性进行了解释。 (4)我们利用LB技术，采用π共轭3位-16碱基-吡咯作为中间隔离层制备了磁性/非磁性/磁性有机复合自旋阀。在室温下获得了最大达到20％的磁电阻值。它表明低能电子可以穿越有机膜中势垒而仍然保持自旋极化。从所测得的伏安特性曲线来看，在高达1伏的电压下，曲线仍表现出明显的线性行为，表明电子在其中的输运行为以扩散为主。所测量的磁电阻值也表现出了较强的分子层依赖行为，随有机膜隔离层层数增加磁电阻值减小。这种分子层依赖行为以及磁电阻曲线表现出的电报噪音说明自旋极化输运会受到分子层势垒质量的强烈影响。势垒层内及界面处的局域态可以导致自旋输运信号的衰退。 (5)在以铁磁金属钴作为电极，以多壁碳纳米管为势垒的的自旋阀中，我们进行了磁场依赖的输运特性测量。在3-25k的低温下，当施加平行于纳米管的面内磁场时，在同等条件下形成的，由三个铁磁电极构成的两个壁碳纳米管隧道结显示出类似的正磁电阻行为，意味着它们的行为有共同的来源。当所施加的面内磁场垂直于碳纳米管，也就是平行于铁磁电极时，具有高电阻的隧道结(a)在低温下显示出明显的负磁电阻行为。结果表明，碳纳米管于铁磁电极接触处的界面特性对它们的磁电阻行为存在着极大的影响。但纳米管自身的特殊的一维结构所赋予它的电学性质应该是本征的。最终的输出信号取决于不同机制间的相互竞争和压制。