强关联电子体系中，含有高轨道4d电子态的钙钛矿钌氧化合物(Ca，Sr)n+1RunO3n+1中存在多种自由度，包括电荷、自旋、晶格和轨道间的复杂相互作用，蕴含着丰富的物理现象，如自旋三重态配对（p波）的超导电性（Sr2RuO4）、Mott绝缘体态(Ca2RuO4)、磁场诱导的量子临界和自旋密度波(Sr3Ru2O7)、奇异的巨磁阻效应(Ca3Ru2O7)等等。而原胞中包含3层RuO6八面体单元的Sr4Ru3O10表现出很复杂的磁行为，是该体系中被研究过的最复杂的材料中的一种。随着温度的降低，该材料在居里温度TC=105K处发生铁磁转变，随后在温度TM～50 K发生另一个磁转变，并在输运上伴随着电阻异常。在TM以下，该材料的磁化强度沿着c方向表现出典型的铁磁行为，而沿着ab方向却类似于顺磁或者反铁磁行为。Sr4Ru3O10材料合成至今已经被研究了近20年，但是对该材料中的复杂磁特性仍然缺乏清晰的认识。本论文采用机械剥离单晶的办法首次将Sr4Ru3O10单晶的厚度推进到纳米尺度，并系统的研究了该材料在纳米尺度下的输运特性，澄清了引起Sr4Ru3O10中复杂磁行为的机理，得到了如下创新性成果:　　1)发现Sr4Ru3O10的磁相变具有厚度依赖特性　　通过对不同厚度样品的输运测量发现，Sr4Ru3O10发生铁磁转变的居里温度与厚度没有依赖关系，但是其发生第二次磁转变的温度TM却严重的受到样品厚度的调制，TM由50 K(块材单晶)降至25 K(30nm)左右。进一步的测量表明，其正常霍尔效应以及反常霍尔效应的标度关系与厚度的变化无关，但是其沿c方向磁化的饱和场却随着厚度的减小而增大，表明，样品越薄其磁矩越容易沿ab方向排列。该结果表明，铁磁转变是该材料的本征特性，由磁交换作用决定，而第二个磁转变极有可能与材料中Ru磁矩的重排布有关系。　　2)发现纳米尺度Sr4Ru3O10面内具有铁磁序　　通过平面霍尔效应对纳米尺度Sr4Ru3O10的面内磁阻行为进行了系统的研究。我们发现，在铁磁转变温度TC以下，样品的横向磁阻上总会出现类似于“自旋阀”效应的电阻跳变行为，表明，纳米尺度下，该材料的ab面内含有具有各向异性特征的铁磁序。进一步的面内转角测量结果表明，[(1)10]轴为该面内铁磁序的易磁化轴，而[110]轴为亚稳轴。这个结果与块材的磁结构相悖，因为以往在块材的ab面内既没有发现铁磁序也没有发现反铁磁序，如此证明厚度的降低有利于Ru磁矩在面内呈铁磁排列。对变温平面霍尔效应的分析发现，该面内铁磁序在另一磁转变温度TM以上呈单畴态，在TM以下反而呈多畴态。　　3)找到Sr4Ru3O10中自旋随温度发生自发重取向的证据　　通过对纳米尺度Sr4Ru3O10各向异性磁阻的变温测量发现，随着温度的降低，当磁场沿着ab面时，低场磁阻在另一磁转变温度TM以上表现出负磁阻行为，在TM以下表现出正磁阻行为。但是，当磁场沿着c方向时，其低场磁阻却在TM以上表现出正磁阻行为而在TM以下表现出负磁阻行为。该结果表明，Sr4Ru3O10中的自旋随着温度的降低发生了自发重取向，在TM处从主要沿ab面排列转向为主要沿c轴方向排列。这种自旋重取向行为是引起Sr4Ru3O10发生第二个磁转变的原因。对磁阻的进一步分析还发现，该材料中的自旋轨道耦合在决定其磁特性上扮演了非常重要的角色。