现代微电子和集成电路技术飞速发展的同时也面临着集成度过高引起的局部热功耗过高等不可避免的问题。兴起的自旋电子学利用了电子的自旋自由度,成为了构造高密度、低功耗、非易失的新一代自旋电子学器件的基础,也推动了电子信息技术的全新变革。对自旋流的激发、传输和探测成为当今自旋电子学的研究主题。本文以液相外延法制备的超低损耗亚铁磁性绝缘体钇铁石榴石（YIG）薄膜为基础,研究了YIG/金属自旋异质结中的自旋泵浦、逆自旋霍尔效应。发现了YIG磁性异质结体系中的自旋泵浦效应,揭示了自旋异质结体系中自旋流的界面、介质传输特性,研制了新型的具有大自旋霍尔角的自旋探测材料,具体如下:1)文中研究了磁性异质结钇铁石榴石（YIG）/Co2Fe Al0.5Si0.5（CFAS）中由于交换耦合引起的反常阻尼增强效应,拓宽了自旋泵浦效应的适用范围。CFAS是一种具有高自旋极化率的磁性半金属材料。在YIG/CFAS磁性异质结的铁磁共振测试中发现了阻尼系数的反常增强以及共振峰的偏移现象。在磁性薄膜之间引入具有弱自旋轨道耦合强度以及较长自旋扩散长度的金属铜层来隔离两个磁性层之间可能存在的交换耦合。通过对异质结静态及动态磁性的研究有如下发现:第一、铜隔层的引入成功的隔离了磁性层之间的交换耦合,在静态及动态磁性测试中都有体现。第二、磁性异质结中的阻尼增强有两个来源,一是界面处自旋泵浦引起的自旋流注入,二是磁性层之间的交换耦合。第三、磁性异质结中的阻尼变化与上层CFAS磁性半金属薄膜厚度相关。随着CFAS厚度的变化呈现先增长后减小最后饱和的变化趋势。这些发现证明自旋泵浦不只发生在磁性/非磁异质结中,而且以阻尼变化量为标准来衡量界面自旋注入效率的做法存在一定的局限性。2)自旋注入效率不高是限制自旋电子学器件应用的主要因素。自旋异质结结构是研究自旋流相关效应的研究对象与基础。界面状态对自旋流的注入与传输都有很大的影响。在文中研究了界面化学态在自旋泵浦效应中发挥的作用。在实验过程中利用TEM、Raman以及XPS分析了自旋异质结的界面结构以及化学态。通过在沉积金属铂层之前对YIG表面进行化学处理调节了界面铁元素的化学态,从而显著提高了界面自旋注入效率。此外,氩离子轰击这一普遍使用于集成器件加工过程中的关键技术对界面自旋注入有非常明显的抑制作用。基于上述对界面化学态的研究文中提出了一种可以有效恢复界面自旋注入的化学处理方法。这一研究结果对优化现有结构的界面自旋注入效率以及构建新型高效自旋异质结有重要指导意义。3)提高界面自旋注入效率还可以通过在FM与NM层之间插入介质层这种改变自旋异质结结构的方法实现。此外,限制半导体自旋电子学发展的一个主要问题是向半导体材料中注入自旋流的效率不足。如何高效的在半导体异质结中注入自旋流以及自旋流在半导体材料中的传输特性一直是半导体自旋电子学的研究热点。文中制备并研究了YIG/Ge Bi/Pt异质结中自旋流的注入效率以及Ge Bi半导体内部自旋流的传输特性。通过改变铋原子的掺杂量调节了Ge Bi半导体的禁带宽度。利用铁磁共振以及自搭建的逆自旋霍尔效应测试系统研究了禁带宽度对界面自旋注入效率以及自旋流传输特性的调制作用,并且实现了半导体异质结上的高效自旋注入。4)自旋霍尔角是衡量材料将自旋流转化为电流能力的重要参数。为了满足新一代自旋电子学器件对于大自旋霍尔角材料的需求,文中通过对经典的强自旋轨道耦合金属铂进行掺杂,制备出了新型自旋探测材料铂锡合金（Pt Sn）。铂锡合金的自旋霍尔角比未掺杂的纯铂提高了两倍。在实验过程中利用自主搭建的铁磁共振系统研究了YIG/Pt Sn异质结的自旋泵浦效应,计算了其界面自旋混合电导。在此基础上搭建了逆自旋霍尔测试系统,测试了Pt Sn厚度相关的逆自旋霍尔电压并拟合了Pt Sn合金的自旋扩散长度以及自旋霍尔角。为了保证数据的可信度,在相同的实验条件以及测试系统下对铂的自旋扩散长度以及自旋霍尔角进行了标定,得到的结果与文献中的报道一致。此外,通过改变锡的掺杂浓度确定了合金最佳的原子配比。Pt的自旋霍尔角θSH=0.055,Pt0.77Sn0.23合金的自旋霍尔角为0.089,比纯Pt增加60%。不仅铂锡合金本身具有重大应用价值,选择适当的具有强自旋轨道耦合作用原子对具有大自旋霍尔角本征金属单质掺杂这一方法对于构造大自旋霍尔角材料也有重要指导意义。