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本论文着重研究了磁性离子Fe和Mn掺杂的六角钛酸钡样品的晶体结构、结构随掺杂浓度和合成条件的演变、磁性的起源、介电和铁电性能以及相关材料的磁电耦合效应。主要内容有：
1．采用固态反应法制备了六角Ba(Ti1-xMx)O3-δ(M=Fe3+，Mn3+，Co3+)以及(Ba1-ySry)(Ti1/3Fe2/3)O3-δ系列样品。X射线衍射和透射电子显微镜的研究发现该掺杂体系的晶体结构对合成条件有强烈的依赖性。对Ba(Ti1-xMx)O3-δ来说，掺杂浓度的增加导致样品从正交相转变为六角相。未退火的六角Ba(Ti5/6Fe1/6)O3-a和Ba(Ti17/18Mn1/18)O3。δ样品在结构上表现出结构相分离，高温退火可以将其纯化为由O1和O2空位同时出现导致的均匀调制相。改变合成条件可以使Ba(Ti0.1Fe0.9)O3-δ由六角相转变为单斜相；在Mn的掺杂在达到x=2/3时六角相转变为三方相。Sr含量的增加导致(Ba1-ySry)(Ti1/3Fe2/3)O3.δ从六角相转变为赝立方相。
2．系统研究了六角Ba(Ti0.9Fe0.1)O2.81样品的晶体结构、磁性、电性以及磁电耦合性能。环形明场显微像的观察发现氧原子在O1的位置呈现出有序分布，这导致零场(ZFC)和带场(FC)磁化率在室温以下不重合。对磁化率曲线进行的有限项多项式的拟合得出了Ti3+离子和氧空位的含量，由此确定了室温下弱铁磁性起源于有序极化子中自陷态电子之间的交换相互作用。缺陷偶极子之间的相互作用诱导了氧空位的集体运动，从而导致了室温下的介电异常和非本征铁电性。磁电耦合的测量揭示了有序极化子中自陷态电子之间和氧空位之间的动力学交换是产生室温交叉调控的低场磁电耦合效应的根本原因。这一发现对于产生磁电耦合效应的机制来说是一个非常重要的补充。
3．在退火的单相六角Ba(Ti5/6Fe1/6)O2.79和Ba(Ti2/3Fe1/3)O2.77样品中，我们系统地研究了结构的非公度调制特征。电性的测量显示氧空位在电场作用下的运动导致了介电弛豫的出现，掺杂量为x=1/3的样品在350K以上表现出介电崩塌。电滞回线和磁滞回线的测量表明两样品在室温下同时具有弱的亚铁电性和铁磁性。利用有限项多项式对磁化率曲线的拟合确定了样品中Ti3+离子和氧空位的含量。
4．对六角Ba(Ti0.3Fe0.7)O3-δ样品进行的透射电镜研究发现该样品具有公度和非公度调制结构，其中调制波矢q4,-1=4a*/3+7c*/9对应于X射线图谱上的超结构衍射峰。环形明场电子显微像的观察发现氧空位在O1和O2的位置都表现出有序的分布。介温谱和低温电滞回线的动力学标度显示，频率作为主要的驱动力诱导了畴壁的退钉扎动力学相变，即从畴壁的蠕动(creep)到蠕动和滑移(slide)的共同行为，再到畴的完全翻转(switch)。与此同时，室温以上纳米畴之间的相互作用还导致了畴壁在f=500Hz处的共振色散。磁性的测量显示样品在室温下具有顺磁性，在Tf=33.6K发生了顺磁态到自旋玻璃态的转变。
5．在未退火和退火的六角Ba(Ti1-xMnx)O3-δ(x=1/9，1/6)样品中同样观察到与Fe掺杂时类似的非公度调制结构特征。磁性的测量显示，未退火样品在室温下具有顺磁性，高温退火不仅导致了室温下弱铁磁性的出现，还抑制了低温铁磁性的转变温度及磁化强度，例如对Ba(Ti5/6Mn1/6)O3-δ来说，Tc从56K降低到45K。对磁化率曲线进行的多项式拟合不能对室温磁性的起源给予很好的解释，居里外斯拟合的结果显示，低温弱铁磁转变可能起源于双交换和(或)超交换相互作用。