作为现代自旋电子器件的基础,交换偏置效应在自旋阀、磁隧道结及磁随机存储器中发挥着重要的作用。相比多晶交换偏置体系,外延交换偏置体系具有更可控的界面自旋构型且不同磁各向异性之间的竞争导致非同寻常的磁化翻转过程。利用电场调控磁性既可以避免电流产生的焦耳热问题又具有低能耗的优势,为磁性调控提供了新的设计思路。应变介导的磁电耦合与交换偏置效应相结合给电控磁带来了全新的设计思想。基于外延FM/AFM异质结不同磁构型下的磁化翻转过程及其电场调控的研究,本文分为三个部分:1.采用磁控溅射方法在MgO（001）单晶衬底上制备了完全外延的Fe/FeRh/MgO（100）异质结中,研究其在低温下的交换耦合。尽管Fe/FeRh体系的磁滞回线在10-300 K温度区域内几乎没有偏移,但矫顽力（Hc）的增强证明了交换耦合的存在。交换耦合的方向垂直于冷却场（FC）方向,这与通常在反铁磁/铁磁（AFM/FM）界面中观察到的交换耦合现象不一致。矫顽力增加的行为可以通过spin-flop模型和界面中可旋转的FeRh磁矩来解释。几乎没有未补偿的钉扎AFM-FeRh磁矩,导致Fe/FeRh的交换偏置可以忽略不计。2.由于Fe/FeRh/MgO（100）没有明显的交换偏置,不利于进一步电场调控。因此第二部分工作采用磁控溅射方法在MgO（001）单晶衬底上制备了交换偏置分别沿着FeGa[100]和[110]方向的IrMn/FeGa外延交换偏置双层膜,研究了交换偏置取向对磁化翻转过程与磁化翻转场的影响。铁磁共振场随角度变化的测量与拟合表明样品存在不同取向的四重对称磁晶各向异性1、单向交换磁各向异性00)0)0))和单轴磁各向异性的叠加。矢量磁光克尔效应测量表明00)0)0))∥[100]方向的样品中呈现出传统的矩形和特殊的两步磁滞回线;00)0)0))∥[110]方向的样品中表现出单边两步和双边两步磁滞回线。考虑不同交换偏置方向的畴壁形核和位移模型能够很好地解释磁化翻转路径随磁场方向的变化规律并拟合磁化翻转场的角度依赖关系,表明交换偏置方向的改变使得畴壁形核能发生显著变化。3.在第二部分工作的基础上,采用磁控溅射方法在PMN-PT（001）铁电衬底上插入3 nm的MgO缓冲层制备了IrMn/FeGa外延交换偏置双层膜,研究了电场对磁化翻转过程的影响。矢量磁光克尔效应测量表明,=0 k V/cm的样品呈现出矩形、传统的非对称和单边两步磁滞回线。90°畴壁形核和位移模型可以很好地解释磁化行为的变化,拟合结果表明初始态的磁结构是∥00)0)0))。通过电场调控使磁化翻转过程发生明显改变,=+6 k V/cm的样品表现为特殊的非对称磁滞回线和矩形磁滞回线,对于矩形磁滞回线对应的矫顽场则需使用180°畴壁形核位模型给出很好的结果,拟合结果表明施加电场使得磁构型转变为⊥00)0)0))。此外研究了特定角度下磁滞回线随着电场的变化关系,不同电场下Ku/M和ε90°/M的变化呈非对称蝴蝶曲线,验证了在应力介导的磁电耦合作用下非易失性调控的实现。