为了推动低能耗存储和逻辑器件的发展，工业上期待出现不借助磁场就可以调控材料磁性的方法。在室温，具有磁电耦合效应的多铁性材料BiFeO3(BFO)的出现为解决上述问题提供了绝佳的契机。BFO的反铁磁有序和铁电有序是耦合在一起的，并且可以通过界面的磁性耦合，与铁磁金属组成异质结构，该异质结构有望实现纯电场对磁有序的调控。为深入研究和理解这一界面磁学、电学、应变力学和温度等特性的多场调控机制、特别是全电场/电压的调控机制，是进一步发展这种基于BFO多铁性材料与器件的必由之路。本论文的主要研究对象是纳米磁性金属薄膜与多铁性氧化物薄膜组成的异质结界面及其磁电调控特性，其主要研究内容如下:　　(1)在超顺磁CoFeB颗粒与BFO薄膜组成的异质结构中，利用反常霍尔效应来研究超顺磁颗粒在BFO薄膜影响下其超顺磁态到阻塞态的转变过程。通过变温的反常霍尔效应测试，我们观测到超顺磁CoFeB颗粒本身的截止温度(Blocking Temperature)为180K;而对于与BFO耦合的超顺磁颗粒来说，实验上观察到的截止温度要低于30 K，即BFO薄膜的出现降低了CoFeB颗粒的超顺磁态转变温度。通过拟合郎之万函数得到颗粒尺寸，而从理论上推到出与BFO耦合的CoFeB颗粒的转变温度约为35±3K，但这与实验的观测值并不相符。最后，通过求解含外磁场的布洛赫方程，理论上解释了截止温度被抑制是表面粗糙度和CoFeB与BFO之间磁交换耦合共同作用的结果。　　(2)通过选取适当的衬底和控制BFO薄膜的生长条件，实现了铁电畴结构的调控，利用一阶磁翻转曲线研究铁电畴结构与磁性金属CoFe的磁性耦合行为。发现71°畴壁与CoFe的耦合会导致CoFe矫顽力增加，而109°畴壁、带电的畴壁与CoFe的耦合会导致CoFe出现较大的交换偏置场。除此之外，还制备了不同应变状态（从-2.39％到1.39％）的BFO外延薄膜，发现BFO薄膜的应变状态也会对与之耦合的CoFe薄膜的磁学性质产生影响。但是，通过对比发现，在“应变”和“铁电畴结构”两个因素中，“铁电畴结构”对磁性薄膜磁学性质的影响更显著。　　(3)通过控制衬底的原子层终端表面，即得到TiO面或者SrO面作为表面的终端，在上面再制备出自发极化相反的BFO薄膜。由于BFO的居里温度要高于BFO薄膜的制备温度，故其生长过程中BFO是处于铁电状态的，其退极化场会驱动薄膜中氧空位的移动，最终得到了氧空位浓度不对称分布的BFO薄膜中。在不同极化方向的BFO薄膜上再制备巨磁电阻纳米多层膜，通过真空退火工艺，来研究磁性金属和氧化物异质界面的热稳定性，发现长在极化朝下BFO上的异质界面的热稳定性要高于极化朝上的情况(约100℃)。为磁电随机存储器的工业化工艺制程提供了一种可行的兼容性方案;也对解决基于铁电氧化物的自旋电子学器件中由于铁电极化翻转导致的多次写入操作失效问题有重要的指导意义。　　(4)设计并实现了一种可以由自旋转移力矩、外磁场、电场（应变）共同调制的自旋霍尔效应器件。该器件中，采用应变来调制Co层的垂直磁各向异性，面内方向施加的辅助磁场和来自重金属Pt层的自旋转移力矩协同作用来实现Co层磁矩的翻转。该自旋霍尔效应器件中磁矩的翻转过程受到了电场（应变）的调制。同样，临界翻转电流密度也受到电场（应变）的调制。