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本论文中，我们主要利用分子束外延(MBE)的方法在Si(001)和MgO(001)单晶衬底上制备了超薄磁性纳米薄膜。在制备过程中通过增加缓冲层，使得铁磁薄膜Co外延生长在半导体Si衬底上，为铁磁金属到半导体的自旋注入提供了一种参考。另外我们在绝缘衬底上生长四重对称的磁各向异性Fe薄膜，并用离子枪轰击衬底，斜入射生长等方法在四重的基础上引入单轴磁各向异性。利用磁光克尔磁强计和各向异性磁电阻以及平面霍尔磁电阻研究(001)面Fe薄膜的磁化翻转行为。采用90°畴和一致转动机制来解释磁化翻转机制。最后对薄膜超快自旋动力学过程进行了研究。 主要内容包括: 1、在半导体和Co之间插入一层超薄的缓冲层CoSi2实现了在Si(001)衬底上外延生长面心立方fcc的Co薄膜。该缓冲层制备简单，仅仅通过加热处理就可以形成单一的相。通过改变缓冲层的厚度，测量在其之上生长的Co薄膜的磁性，从而确定了最优的厚度。并且在最优化厚度的缓冲层上继续增加薄膜的厚度，发现四重对称性Co薄膜一直保持外延生长。 2、通过对比平整衬底和生长在经过Ar离子枪轰击过的条纹衬底上的Fe(001)薄膜，发现条纹状的衬底使得铁磁性薄膜附加了一个形状引起的单轴各向异性。这个各向异性大小和方向我们可以通过自相关函数进行计算得到，而且这个附加的单轴使得Fe(001)薄膜的磁化翻转过程出现了不对称现象。最后我们可以通过一系列磁脉冲在Fe(001)薄膜上实现了四态磁电阻写入，为将来多态磁记录打下基础，而且这种方式可以很容易实现读取，且具有不可挥发性。 3、通过测量不同大小外磁场下的各向异性磁电阻随外场角度变化的关系，研究Fe/MgO(001)体系的磁化翻转过程。薄膜的磁化翻转过程与磁各向异性常数以及畴壁钉扎能有关，通过从高场下的AMR和一致转动模型获得单轴和四重磁各向异性常数的大小以及方向。在低场下获得这种跳变发生时的畴壁钉扎能。 4、利用斜入射的方式制备有多个台阶跳变磁化过程的Fe/MgO(001)薄膜。随着温度的降低，磁化过程可以由三个台阶变成两个台阶跳变的模式。通过对各个温度下各向异性磁电阻的分析，我们得到四重各向异性常数K1、两个单轴各向异性能常数KU1，KU2以及畴壁钉扎能随温度变化的关系。这些参数的变化造成了磁矩的翻转机制从两个独立的90°畴成核到两个连续的90°畴成核，从而使得磁化过程从两个台阶到三个台阶的转变。 5、采用极向全光泵浦-探测时间分辨磁光克尔技术和矢量网络分析仪-铁磁共振技术探测Fe薄膜的超快自旋动力学过程。通过测量不同外磁场下和不同厚度的Fe(001)/MgO薄膜样品的自旋动力学过程，并通过快速傅里叶变换和振荡拟合可以得出磁矩进动频率以及薄膜的阻尼因子。基于磁化强度进动的经典物理图像Landau-Liftshitz-Gilbert(LLG)方程的Kittel公式对实验值进行拟合得到磁各向异性常数。结果表明磁各向异性常数和材料的磁矩进动与薄膜厚度有标度关系。