稀土RFeO₃正交铁氧体由于其特殊的磁结构、丰富的相转变,它们的单相磁电耦合效应、超快磁动力学、内禀的交换偏置和巨大的各向异性磁热效应等成为人们研究的热点。此外由于铁磁/反铁磁异质结构在磁电子器件和基础磁性研究中的重要地位,铁磁与反铁磁材料中复杂的界面磁耦合效应一直是凝聚态物理磁学领域的热点和争论点。但是现今关于铁磁/RFeO₃异质结构中的交换耦合效应的研究近乎空白。在本文中,我们主要利用电子束蒸发在RFeO₃正交重稀土铁氧体单晶衬底上制备了多晶铁薄膜,利用表面磁光克尔效应、各向异性磁电阻、时间分辨磁光克尔效应等表征方法研究了该异质结构中静态与动态磁耦合效应。主要内容有:1、利用原位和非原位表面磁光克尔效应的方式,观察到了无需场冷下,Fe薄膜中的磁场诱导的可切换符号的交换偏置行为。该单向磁各向异性起源于Fe薄膜与Er FeO₃中弱的净磁矩之间的反铁磁交换耦合。此外,由于Fe薄膜与Er FeO₃中完全补偿的磁矩之间的自旋反转（spin-flop）耦合效应,Fe薄膜中诱导出了单轴磁各向异性。最后发现小的单向磁各向异性能够在单轴磁各向异性难轴附近产生巨大的非对称翻转场,该现象可以利用180度畴壁翻转模型来解释。因此对于具有180度畴壁翻转的磁系统,相较于偏置场,非对称翻转场被视为更适合是用来探测弱的磁耦合的更有效工具。2、利用各向异性磁电阻方法,通过转矩拟合的方式,除了常见的自旋反转耦合效应诱导的单轴磁各向异性,我们在交换耦合的Fe/Er FeO₃异质结构中还观察到了四重和六重高阶磁各向异性。利用微磁学模拟手段,我们建立了类似的铁磁/反铁磁异质结模型,发现由于界面处的交换耦合,反铁磁界面附近的自旋并不是完全刚性的,磁耦合诱导的界面处的净磁矩相对于铁磁的磁化方向是各向异性的,因此整个铁磁/反铁磁系统的自由能相对于铁磁薄膜的磁化方向也是各向异性的。通过分析各向异性的总的自由能,我们发现常见的自旋反转耦合效应诱导的单轴磁各向异性与实验中观察到的四重和六重磁各向异性,都可以归因于反铁磁自旋倾斜诱导的各向异性总的自由能中的一阶和高阶效应。我们的实验和模拟给出了一个通用的模型来解释铁磁/反铁磁异质结构中的高阶磁各向异性。3、利用变温磁光克尔效应和各向异性磁电阻的方式研究了Fe/Er FeO₃异质结中面内自旋重取向的行为,并利用微磁学模拟方法研究了交换耦合诱导的磁各向异性与反铁磁磁晶各向异性的关系。当完全补偿的反铁磁磁矩沿着面外方向时,磁耦合诱导的面内磁各向异性可以忽略。因此a面衬底的高温相向低温相与c面衬底的低温相向高温相的转变过程中,在铁薄膜中不仅仅观察到一个面内90度的自旋取向的翻转,还观察到了磁各向异性的快速增强。而对于b面衬底,由于反铁磁的自旋取向始终躺在面内,在反铁磁的相转变过程中,铁磁薄膜的单轴磁各向异性先减小再变号增大,而铁磁薄膜四重磁各向异性没有明显变化,微磁学的模拟也验证了实验结果。4、利用时间分辨的磁光克尔效应,我们研究了Fe/Er FeO₃（100）与Fe/Dy FeO₃（100）异质结构中的超快磁动力学。在之前的报道和我们的实验中,利用全光泵浦-探测技术,并不能在室温下有效的探测到RFeO₃（R=Er和Dy）的磁动力学。我们发现在RFeO₃单晶衬底上覆盖一层薄的铁薄膜,能够大大的增强光泵浦反铁磁铁氧体的效率。利用全光泵浦-探测技术,我们不仅仅观察到了以往全光方法只能在自旋重取向温区附近观察到的准铁磁（Q-FM）模式,以往只能用THz发射谱探测到的杂质（Impurity）模式,还观察到了尚未被广泛报道的一致声子（Phonon）模式。光泵浦RFeO₃反铁磁超快自旋动力学的增强可归因于光对异质结界面交换耦合的改变。5、利用时间分辨磁光克尔效应,我们系统地研究了激光功率相关的Fe/Er FeO₃异质结构中Fe薄膜的超快磁动力学。发现Fe薄膜的超快自旋动力学能够被激光功率调控。当外磁场沿着面外时,Fe薄膜的进动频率随着激光功率的增大而减小。通过微磁学模拟手段与实验结果的对比,我们把这种巨大的光调控Fe薄膜磁动力学行为归因于光致界面交换耦合强度的减小。此外,除了界面交换磁耦合效应,界面或表面的形貌、表面效应等也是调控磁性超薄膜磁各向异性的一个有效手段,我们又研究了Fe/Si（111）外延薄膜面内自旋取向的调控。我们在在单晶的Si（111）斜切衬底上外延生长了单晶的Fe薄膜,利用原位低能电子衍射和扫描隧道电子显微镜分别表征了薄膜的晶体结构和表面形貌,利用原位和非原位磁光克尔效应效应表征了薄膜的磁各向异性。我们首先在4o斜切Si（111）衬底上斜入射生长了20-70 ML的外延Fe薄膜,利用原位和非原位磁光克尔效应的方法观察到了厚度诱导的连续的面内自旋重取向行为,根据扫描隧道电子显微镜得到的原位形貌图,在微磁学模拟中构建了相同的Fe薄膜模型,模拟得到的形状各向异性的大小和方向均与实验吻合较好。因此厚度诱导的面内自旋重取向行为可归因于台阶和斜入射诱导的形状效应之间的竞争。在Fe/Si（557）外延铁磁薄膜中,发现由于台阶诱导的竞争的面内磁各向异性,铁磁薄膜的面内自旋有序方向可以通过改变铁磁层厚度、温度和覆盖层来调控。