磁性纳米材料由于其尺寸刚好与一些基本磁学量的长度,例如电子的相干长度,磁单畴尺寸以及交换作用长度处于同一尺度,往往会表现出与大块磁性材料不同的磁学和热力学性质。其中一些磁性纳米材料,例如磁性纳米线,纳米管以及纳米环,由于自身具有很强的形状各向异性,在自旋电子器件,高密度存储器件以及高频微波磁性器件中有着良好的应用前景,因此对其磁化行为和动力学行为的研究备受关注。本文通过自旋波理论,双时格林函数方法以及微磁学模拟的方法对核壳结构磁性纳米线,反铁磁和亚铁磁单壁纳米管以及磁性纳米环的磁化行为和动力学行为进行了系统的研究,论文的主要内容如下:1.利用含有交换各向异性的海森堡自旋模型对核壳结构磁性纳米线进行了描述,并通过自旋波理论和格林函数方法分别对具有反铁磁和铁磁核的系统的低温磁化强度和热力学性质进行了计算。在0K下,发现反铁磁交换作用是产生量子涨落的主要原因,而交换各向异性对自旋的量子涨落具有抑制作用。随着交换作用和各向异性的增大,系统内能降低,且具有反铁磁核的系统的内能总是略低于具有铁磁核的系统的内能。在有限温度下,发现改变系统的磁结构对系统自旋的量子涨落影响较大,但并不会显著影响其热涨落。随着温度的升高和交换各向异性的减小,系统的内能和比热增大。2.利用XXZ海森堡自旋模型对核壳结构磁性纳米线和磁性单壁纳米管进行了描述,并通过双时自旋格林函数的方法对它们全温区的磁化强度进行了计算。对于核壳结构纳米线,当界面交换作用为反铁磁交换作用时,自旋的量子涨落随着交换各向异性的增大而减小,且核自旋的量子涨落大于壳自旋的量子涨落,说明作用在自旋上的反铁磁交换作用对其量子涨落起主要作用。当温度达到临界温度时,随着各向异性参数由0增大到1,壳与核的磁化强度之比的渐近值呈非线性的变化。在外磁场的作用下,当界面交换作用为反铁磁交换作用时,系统磁滞回线会出现磁化平台和多环现象。当界面交换作用为铁磁交换作用时,总磁滞回线始终为一个单环。对于反铁磁单壁纳米管,在0K下,随着沿纳米管圆周方向的自旋间交换作用的增大,在与轴向交换作用相等的点附近,反铁磁和亚铁磁系统的子晶格自发磁化曲线会出现一个极大值。另外纳米管直径的增大,对自旋量子涨落和热涨落均有抑制作用。3.利用含有形状各向异性的海森堡自旋模型对磁性纳米环进行了描述,并在确定了具有涡旋自旋构型的基态的前提下,通过双时自旋格林函数方法对系统的磁化强度进行了计算。当没有外加磁场时,发现随着纳米环半径的增大,临界温度先迅速减小而后逐渐趋于一个有限值。当在纳米环中心通入反向直流电流时,产生的环形磁场会使纳米环自旋态发生磁化反转,且矫顽电流的绝对值随着纳米环半径和表面各向异性的增加而单调递增,并随着温度的升高而单调递减,最后逐渐降低至零。4.利用微磁学模拟的方法对核壳结构磁性纳米线和磁性纳米环的动力学行为进行了研究。对于核壳结构纳米线,发现界面交换作用的改变对具有反铁磁界面交换作用的系统的频率响应影响较大,而对具有铁磁界面交换作用的系统的频率响应几乎没有影响。随着外加直流场的增大,具有铁磁界面交换作用的系统的共振频率逐渐升高,且共振线宽逐渐增大,但具有反铁磁界面交换作用的系统的共振线宽先变宽再变窄最后又逐渐变宽。随着温度的升高,具有铁磁和反铁磁界面交换作用的系统的共振频率均逐渐减小,且共振线宽也随之变窄。对于磁性纳米环,研究了在不同方向的外加直流磁场下系统的频率响应。当直流磁场垂直于环平面时,随着直流磁场的增大,共振频率先逐渐减小,当直流磁场和各向异性等效场相等时,共振频率会出现一个极小值,而后随着直流磁场的继续增大而线性增大。在倾斜的直流磁场下,随着倾斜角度的增大,交流磁化率虚部会出现四个共振峰,分别是一个低频主峰和三个高频次峰。另外发现改变纳米环的内外半径仅对具有倾斜直流场的环面纳米环的高频共振频率有影响。随着温度的升高,在垂直直流磁场下,共振频率略微增大,且共振峰峰值逐渐减小,而在与环平面平行的直流磁场下,在热扰动的影响下四个共振峰逐渐合并成一个单独的共振峰。