自旋电子学的研究旨在将自旋自由度加入传统电子器件,探索利用电子的自旋属性代替电荷功能实现信息记录、操作与读取的可能性,从根本上解决集成器件的高能耗问题。磁性异质结构是由磁性金属（FM）或磁性绝缘体（FI）与非磁性金属（NM）组成的复合结构,能够同时实现自旋流的产生与探测。它不仅是研究自旋输运相关现象的理想体系,而且是各种自旋电子学效应得以功能化的核心部件。在前期关于磁性异质结构自旋输运研究中,人们把NM中的自旋轨道耦合作为产生自旋流的主要来源,实现了利用自旋力矩代替磁场实现信息读写的新策略,如利用自旋霍尔效应诱导的damping-like自旋轨道力矩能够有效的调控局域磁化状态,该效应在定性层面已经得到了很好的解释。为了进一步凸显自旋电子学相关效应的功能,磁性异质结构越来越薄,从而界面效应越来越显著。由于界面固有的对称性破缺,在自旋轨道耦合的作用下界面所产生的新现象不断扩展着人们对自旋电子学领域的认识,如:界面可以作为一种独立的自旋流发生器,从而产生自旋力矩实现局域磁化状态的调控;界面DMI能够在磁性材料中形成并稳定手性畴结构（skyrmions等）,并为磁记录模式提供了新思路。因此本文围绕磁性异质结构中的界面自旋输运开展了研究工作,取得的主要创新性结果如下:1.提出了在FM/NM异质结构中由自旋霍尔效应和反常霍尔效应共同竞争决定的自旋积累机制。界面自旋积累是磁性异质结构中产生自旋轨道力矩的重要来源,但其机制尚不明确。我们以异质结构中自旋流的两大来源,即NM中的自旋霍尔效应和FM中的反常霍尔效应,构建了由这两种效应竞争所决定的界面自旋积累机制;从实验上通过样品设计实现了自旋霍尔效应和反常霍尔效应的独立调控,并利用field-like自旋轨道力矩的表征验证了这种自旋积累机制的主要特征。该结果不仅提出一个较为清晰的界面自旋积累的机制,而且给出了field-like自旋轨道力矩强度与相关材料参数依赖关系的物理图像,深化了我们对field-like自旋轨道力矩的认识。2.验证了在具有结构反演对称的磁性异质结构中自旋轨道力矩来源于界面诱导的自旋散射。理解并验证具有反演对称的磁性晶体或者磁性异质结构中的自旋轨道力矩是目前本领域内的一个难点。我们在对称的Co/Pt/Co多层膜中,利用结构的对称性抵消了由自旋霍尔效应和界面Rashba效应所产生的自旋轨道力矩,从而将界面自旋散射的贡献凸显出来;利用这种结构中的声学共振模式所产生的自旋整流效应,验证了这种力矩的存在并对其特性进行了表征,并通过谐波测量获得了该力矩大小与电流强度的定量化关系。该结果不仅给出了界面诱导的自旋散射产生自旋轨道力矩的直接实验证据,而且为单层FM中产生宏观自旋轨道力矩提供了一种潜在机制。3.提出从磁性异质结构中自旋输运的角度分析界面DMI强度的物理图像与实验方法。由于界面DMI是产生和稳定skyrmion以及手性畴结构的核心因素,界面DMI的机理研究是将skyrmion等手性畴结构应用于自旋电子学器件的基础。我们从磁性异质结构中的纯自旋流输运机制出发,构建了damping-like自旋轨道力矩效率与界面DMI强度之间关联的物理图像,并给出了直接的实验证据。该结果突破了只考虑界面DMI仅与某单一材料参数关联的思维模式,提供了较为全面地从自旋输运角度分析界面DMI强度的实验方法。4.提出了一种基于界面自旋极化的层间交换耦合的新机制。不同于由量子干涉原理出发的具有振荡衰减特性的层间交换耦合模型,我们在Co/Pt/Co多层膜系统中发现了一种长程的且与NM中和FM/NM界面处自旋极化强度相关联的一种铁磁耦合。基于异质结构中的自旋输运机理,我们构建了一种由界面自旋极化所导致的磁性层间交换耦合的新机制,并通过变温实验获得了层间交换耦合能与自旋极化的特征强度和自旋极化的特征长度之间的定量化关系。该结果不仅从自旋输运角度扩展了层间交换耦合的微观机理,而且将自旋输运相关效应研究从磁性异质结构的激发态性质扩展到了基态性质。