随着近年来信息技术的飞速发展,数据量的指数级增长对存储器件的存储密度、操作功耗以及运算速度等提出了更高的要求。过渡金属氧化物异质结由于可以表现出多种可用于高性能存储的物理特性,比如,与电场调控下氧空位移动以及铁电极化翻转相关的阻变效应和电控磁效应等,引起了人们的广泛关注。其中,基于单极性电阻转变特性的阻变式存储器虽然具备结构简单、集成度高、功耗低以及开关比高等特点而被广泛研究,但目前还未有亚纳秒量级多阻态调控的研究报道,这限制了其在超快及低功耗等应用方向的进一步发展;虽然具有磁电多功能耦合的异质结的电阻和磁状态可以同时被电压调控,但其调控机理较为复杂,与操作速度相关的动力学特性也需要深入的研究。针对这些问题,本论文主要研究了过渡金属氧化物异质结Au/Y3Fe5012（YIG）/n-Si和Co/BiFeO3/SrRuO3中的电阻转变效应和磁电耦合电控磁特性,并基于对电场调控下的动力学特性等的表征,研究了阻变和电控磁原理,获得了超快的非易失多态存储和磁电耦合电控磁信息器件原型。本论文内容总共分为6章,其中每章的内容如下:第1章主要介绍了目前主流的几种新型存储原理,包括铁电随机存储器、铁电隧道结存储器、相变存储器、磁阻式随机存储器以及电阻式随机存储器等,并总结了过渡金属氧化物异质结中的电阻转变以及电控磁效应的最新研究进展。在第2章里,我们构建了一种Au/YIG/n-Si异质结,在直流电压扫描和脉冲电压操作下实现了多非易失电阻状态的单极性阻变调控。在室温下获得了快至亚纳秒量级（600 ps）的转变速度以及高达104的电阻开关比。该器件在85℃下仍能保持600 ps的操作速度和近103的电阻开关比。基于不同状态的X射线光电子能谱研究,我们发现其阻变效应与电场调控的氧空位迁移有关。在第3章中,我们主要研究了电场对Au/YIG/n-Si异质结磁性的调控,利用电场下的氧空位迁移对YIG中Fe3+和Fe2+双交换作用的影响,获得了 125%的磁矩调控,调控速度可达600ps。异质结处于低阻态时表现出-0.8%的负磁阻效应。另外,还构建了 Pt/YIG/GGG异质结并观察到了 0.045%的自旋霍尔磁阻效应。第4章,我们制备了 Co（6 nm）/BiFeO3（120 nm）/SrRuO3异质结,通过改变BiFeO3的铁电极化方向,在室温下获得了电场对Co薄膜矫顽磁场的非易失、可逆调控。通过X射线吸收谱表征,以及铁电翻转、Co薄膜矫顽磁场的动力学研究,发现铁电极化指向SrRuO3时,Co/BiFeO3界面出现CoOx,Co薄膜矫顽磁场增大;铁电极化指向Co时,Co/BiFeO3界面CoOx被还原为Co,Co薄膜矫顽磁场减小;随着铁电畴的连续翻转,Co薄膜矫顽磁场可被连续调控,调控速度可快至100 ns。同时,Co/BiFeO3基异质结在场冷至5 K时表现出强的交换偏置效应,且交换偏置场的大小也受电场调控。第 5 章,构建了 Pt（2nm）/Co（1.5nm）/BiFeO3（30nm）/SrRuO3 异质结,并利用反常霍尔效应表征其垂直磁各向异性,发现调控BiFeO3的铁电极化状态可以改变Co薄膜的磁性,且不同铁电极化状态下样品的矫顽磁场和剩磁比分别变化了120%以及 38%。在第6章中,总结了在YIG基RRAM和Co/BiFeO3多铁异质结的电阻转换以及电控磁效应方面取得的相关结果,并指出了一些需要改进的地方以及可能的解决方法。