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自旋阀和隧道结广泛应用于硬盘磁头和磁性随机存储器(MRAM)等自旋电子学器件，近几年来一直是国际研究的热点之一。而铁磁/反铁磁交换偏置结构是这两类先进磁电阻材料中控制自旋取向的核心单元。本论文中，通过铁磁层界面的成分调制大幅提高原有交换偏置体系的磁性能；同时，以合金化方式获得一种全新的具有非常大的交换偏置和超高温度稳定性的反铁磁钉扎材料，并通过微结构表征，对上述两类体系的交换耦合作用进行了深入分析。
在Ir0.25Mn0.75/Co0.9Fe0.1的界面插入极薄的Co0.6Fe0.4层(小于10 A)，显著增强了样品的交换偏置。与没有插层的结果相比，厚度10A的Co0.6Fe0.4插层使交换各向异性能增大两倍，而其矫顽力的增加甚微，同时，Co0.6Fe0.4层的插入并不影响Ir0.25Mn0.75的热稳定性。以Ir0.25 Mn0.75/Co0.6Fe0.4/Co0.9Fe0.1作为钉扎参考层的具有纳米氧化层的自旋阀，除了保持高的磁电阻效应，钉扎场显著提高，自旋阀的稳定性增强。
成功获得一种新的性能优异的L10有序相的反铁磁钉扎材料(Cr0.5Mn0.5)0.5Pt0.5。研究了整个成分范围合金化CrPt和MnPt形成的赝二元L10有序相反铁磁合金(Cr1-xMnx)0.5-δPt0.5+δ(0≤x<1，｜δ｜≤0.07)对CoFe薄膜的钉扎作用，样品通过退火多层膜[Co0.9Fe0.1/(Cr1-xMnx/Pt)×N]获得。经过340℃退火5小时后，(Cr1-xMnx/Pt)×N多层膜转变为成分基本均匀的L10有序相的(Cr1-xMnx)0.5-δPt0.5+δ合会薄膜，它对CoFe层的钉扎作用较之L10相CrPt或者MnPt的均有显著增强，温度稳定性同时也大幅度提升。由大致相同比例的CrPt和MnPt合金化形成的反铁磁材料对CoFe层产生最大的交换偏置场和最高的截止温度，且具有较大的成分容忍度。在此基础上，利用复合靶制备了无序(Cr0.5Mn0.5)0.5Pt0.5合会薄膜，经过360℃，5小时的退火后，转变为L10有序相反铁磁。它对相邻Cp0.9Fe0.1层产生的交换各向异性能为0.51 erg/cm2，远大于相应的CrPt(0.12 erg/cm2)和MnPt(0.35 erg/cm2)钉扎体系的交换各向异性能，且这一钉扎系统的截止温度高达650℃，远远超过Co0.9Fe0.1/MnPt的截至温度(400℃)，比Co0.9Fe0.1/CrPt的还要高出50℃。L10相(Cr0.5Mn0.5)0.5Pt0.5的钉扎性能全面大大超越现有主流反铁磁材料的性能，对于自旋电子学材料和器件，特别是MgO势垒隧道结及MRAM器件，具有十分重要的应用价值。