自旋电子学的研究开始于1988年巨磁电阻效应的发现。自旋阀和磁隧道结由于在硬盘磁头、磁随机存储器(MRAM)等实际应用上的巨大商业价值而一直是关注和研究的热点。铁磁(FM)/反铁磁(AF)交换偏置结构是自旋阀和磁隧道结中的一个重要组成部分，起着固定铁磁参考层自旋取向的作用。因此，交换偏置现象也成为了过去二十年国际上磁学研究的焦点之一。　　 本文通过类自旋阀结构FM1/AF/FM2/extra-AF，系统研究了交换偏置体系中反铁磁的磁结构和磁锻炼效应，进一步扩展了对交换偏置和磁锻炼效应的认识和理解。对类自旋阀结构FM1/AF/FM2/extra-AF的研究发现，铁磁层FM2的磁化过程会通过中间反铁磁层(AF=FeMn)影响到FM1/AF间的交换偏置效应，直接证明反铁磁AF层内部磁结构在相邻铁磁层的磁化翻转作用下会发生变化。在仔细地排除了退火磁场方向以及磁锻炼效应可能引入的影响后，我们发现可以通过铁磁层FM2的磁化过程改变反铁磁层AF内部的磁结构，进而控制FM1/AF间的交换偏置的大小。最终系统地研究FM2的磁化历史对FM1/AF交换偏置的影响随反铁磁AF层厚度的依赖关系，我们发现铁磁层的磁化过程能影响AF层的范围和FM/AF双层膜中完全建立交换偏置所需的厚度正好一致。在类自旋阀结构FM1/AF/FM2/extra-AF中进一步以CoO作为中间反铁磁层来研究交换偏置的磁锻炼效应。通过特别设计的四种测量顺序可以清楚地区分开FM2磁化历史对FM1/AF偏置场的贡献和磁锻炼效应对它的贡献。当固定FM2自旋取向，重复地测量会导致FM1/AF间常规磁锻炼效应的出现；先后翻转铁磁层FM1和FM2会出现非局域的锻炼效应，导致体系一个新的平衡态的出现。这是由于铁磁层FM2的磁化过程会使反铁磁层AF的内部磁结构整体地重新排布，进而找到一个新的平衡分布。　　 本研究的另一个主题关于界面插层对Ta/NiFe/Ta各向异性磁电阻效应的影响。Ta/NiFe/Ta三层膜广泛地应用于各种各向异性磁电阻(AMR)传感器件中。随着器件的不断微型化，为减少退磁场效应的负面影响，NiFe薄膜须减薄至十纳米或甚至数纳米。可是，如此薄的NiFe薄膜随着厚度的减小，由于界面非弹性散射的增加以及磁性死层的影响导致薄膜的AMR比值急剧降低。课题组之前的工作发现，在NiFe层上下界面插入极薄Pt层能够显著提高由自旋-轨道散射主导的AMR效应和样品的热稳定性。本文中，通过磁控溅射制备了包含4d、5d元素(包括Ru、Pd、Ag和Au)界面插层的Ta/NiFe/Ta多层膜，并对它们的磁输运和磁性以及微结构进行了测试和表征。Pd和Pt一样界面效应显著，能有效地提高NiFe薄膜退火前后的AMR比值，并抑制磁性死层。表面能比较小、熔点相对低的插层材料Ag、Au在退火过程中容易通过晶界扩散，强烈破坏其AMR性能。对于熔点高、表面能比较大的插层材料如Ru，磁性死层同样得到了抑制，NiFe薄膜的温度稳定性也可以得到提高。本文结果表明界面插层从界面电子自旋-轨道散射、界面死层和界面原子扩散等方面深刻影响NiFe薄膜的AMR。