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垂直磁各向异性材料由于其在高热稳定性自旋电子学器件和高密度垂直磁存储等方面的潜在应用价值受到了广泛关注。迄今已制备出大量的垂直磁各向异性材料，如L10相FePt、CoPt、FePd等贵金属基薄膜;界面诱导垂直磁化T/CoFeB/MgO薄膜体系;L10相MnxGa、MnxAl薄膜等。其中，理论预言L10-MnGa具有高垂直磁各向异性能(Ku～107erg/cm3)、高自旋极化度(70％)与极低的磁阻尼因子(0.0003)，二十年来人们针对这类材料开展了大量研究工作。本论文对垂直磁各向异性L10-MnGa薄膜及其异质结构的分子束外延生长与磁性进行了研究。我们利用分子束外延技术在半导体GaAs衬底上制备出具有高垂直磁各向异性能的L10-MnGa单晶薄膜，并通过Andreev反射测量了其自旋极化度。通过分子束外延的方法成功制备了具有垂直磁各向异性的Co/L10-MnGa双层膜，从理论和实验两个方面研究了其层间的磁性耦合。此外，我们还使用分子束外延设备在GaAs衬底上制备出垂直磁各向异性的L10-MnGa超薄膜以及L10-MnGa颗粒膜。上述工作对于研发L10-MnGa基自旋电子学器件以及高密度垂直磁存储介质具有重要的参考价值。本论文的具体结果如下: (1) Co/L10-Mn1.5Ga双层膜分子束外延生长和层间磁性耦合研究。利用分子束外延技术在GaAs(001)衬底上制备出一系列不同Co厚度的Co/L10-Mn1.5Ga双层膜，利用超导量子干涉仪(SQUID)进行了基本磁性表征，结果表明，在L10-Mn1.5Ga薄膜上生长的垂直磁化Co层厚度可达6个原子层。我们利用SQUID和X射线磁圆二色谱(XMCD)对L10-Mn1.5Ga层与Co层的界面耦合情况进行了系统的实验研究，并结合第一性原理计算和分析，证实了Co/L10-Mn1.5Ga双层膜的界面耦合可以由界面修饰或退火处理进行调节。此外，我们还利用加和定则计算了Co/L10-Mn1.5Ga双层膜中Co原子的轨道磁矩μL以及自旋磁矩μS。由Pelzl等人的理论推测，Co原子较小的μL/μS值可能意味着Co/L10-Mn1.5Ga双层膜具有小的磁阻尼因子。这些结果为研发基于L10-MnGa垂直磁各向异性隧道结的自旋转移矩磁随机存储器提供了一定的实验支持。 (2)垂直磁各向异性L10-Mn1.67Ga超薄膜分子束外延生长。我们利用分子束外延技术在GaAs(001)衬底上制备出高质量L10-Mn1.67Ga单晶外延超薄膜，这些薄膜均表现出良好的垂直磁各向异性特征，厚度为5nm的L10-Mn1.67Ga薄膜的垂直磁各向异性能为14.7 Merg/cm3，即使厚度薄至1nm的L10-Mn1.67Ga薄膜也显现出明显的垂直磁各向异性特征。这一结果对于L10-MnGa基磁性隧道结中超薄磁性层的制备具有重要的指导作用。 (3)垂直磁各向异性L10-Mn1.5Ga薄膜自旋极化度的Andreev测试。我们利用分子束外延技术在半导体衬底GaAs(001)上生长出垂直磁化L10-Mn1.5Ga/超导体Pb异质结构，对其进行微加工，并利用Andreev反射测试其自旋极化度。这里，为了解决L10-Mn1.5Ga薄膜沿垂直膜面方向的杂散场引起界面处超导体失超的问题，我们利用磁控溅射在L10-Mn1.5Ga薄膜侧面蒸镀出垂直磁化L10-Mn1.5Ga/超导体Nb异质结构，利用Andreev反射测量了L10-Mn1.5Ga材料的自旋极化度，初步结果表明L10-Mn1.5Ga的自旋极化度约为42％。 (4)高密度垂直磁各向异性L10-MnGa颗粒膜的分子束外延生长。我们利用分子束外延技术，通过液滴外延的方法首次在GaAs衬底上制备出密度达到1.26×1012/inch2且形貌均匀的L10-MnGa颗粒膜，磁性测试表明这些颗粒膜具有良好的垂直磁各向异性。这一研究成果为将L10-MnGa这种材料体系应用于高密度垂直磁存储介质中进行了前期的实验铺垫。