量子隧穿是目前量子力学研究中的重要课题，它在纳米磁学、量子光学、以及量子器件等多个研究领域有着重要的位置。量子隧穿的研究不只是作为基础科学研究中的重要问题，而且在应用领域中的重要意义也是极引入注目的，这包括已有的弱信号测量中的重要应用(超导量子磁强计)以及潜在的量子计算领域的发展。　　 单分子磁体是研究量子隧穿机制的很好载体，磁体所表现的宏观量子隧穿现象为微观量子隧穿过程的研究提供了丰富的信息。自从在单分子磁体中发现宏观量子隧穿现象的近二十年时间里，以Mn12和Fe8单分子磁体为主体的研究已经取得了丰硕的成果，对这两个体系的能级结构以及基态和激发态隧穿有了多方面的认识，但对于隧穿起源也形成了多样的解释。随着研究的深入，这些熟悉的单分子磁体的派生物逐渐进入了笔者的视线，目的是通过改变外围分子或内核原子来研究环境以及自旋等影响量子隧穿的因素。　　 本文通过水浴法制备了Fe替代的Mn12单分子磁体，使用包括中子衍射在内的多种结构分析手段确定了磁体的结构，结果表明该系列Mn12派生单分子磁体仅包括四种：Mn11Fe、Mn10Fe2、Mn9Fe3和Mn8Fe4。这四种自旋体系的分子既包括了半整数自旋系统也包括了整数自旋系统，对称性从Mn12母体的完整四方到四方破缺再到Mn8Fe4的完整四方。因此，该单分子磁体体系是进一步研究磁化量子隧穿的很好阶梯，对其完整的研究可以为整体的Mn12派生物的研究提供重要的参考。　　 由于本文未能得到该系列单分子磁体的某一单相，同时该系列的所有单分子磁体的阻塞温度均低于2K，所以通常的研究方法很难给出期望的量子信息。对交流磁化率测量的充分倚重，让我们以交流磁化率的方式识别了四种Mn12派生单分子磁体，同时也观测到了它们各自的量子隧穿现象。　　 在所展现的一系列宏观量子隧穿中，最值得注意的是具有半整数自旋的Mn9Fe3自旋体系，对该体系量子隧穿行为的测量结果显示了振荡变化的共振磁场间隔，笔者推测这与量子相干涉有关，是自旋奇偶效应的表现。也即，在半整数自旋体系里发现了自旋奇偶效应，而迄今为止，这只在整数自旋的Fe8自旋系统中被测量。　　 此外，本文也使用交流磁化率测量研究了Mn12单分子磁体的高温宏观量子隧穿行为，详细讨论了交流磁化率测量方法在研究单分子磁体的宏观量子隧穿中的应用。在温度超过Mn12单分子磁体阻塞温度(3 K)以上的15 K较高温度成功观测了Mn12分子的高温量子隧穿行为，9K下的测量显示了四级量子隧穿的特殊性，从而揭示了四角对称性导致的量子隧穿规则。该研究也为Fe替代的Mn12单分子磁体的交流磁化率研究奠定了基础。