所谓多铁性材料,是指同时具有两种或两种以上基本铁性（包括铁电或者反铁电、铁磁或者反铁磁、铁环性以及铁弹性等）的材料。目前研究最多的多铁材料是磁序（铁磁序或各种反铁磁序）与铁电序共存的体系。由于铁电性与磁性的共存,使得两者之间的相互调控成为可能,其最理想的情况便是铁电极化能被磁场翻转,同时磁性也能被电场操纵。具有这一特点的多铁性材料,一方面,能够结合传统的磁存储和铁电存储各自的优点,实现信息存储的电写磁读,为磁电多功能器件的设计提供了新的前景,另一方面,其本身也对铁电学、磁学和强关联电子物理提出了很多基本问题和挑战,使得该类材料在最近几十年来得到了广泛的关注。尽管多铁性材料不论在应用领域还是在理论方面都充满着诱惑力,这一类材料与实际应用之间尚存在颇为漫长的一段距离,沉溺其中的研究者们必然要在长期的探索中付出艰辛的努力,或许才能采摘到这颗丰硕的果实。该领域中,几个代表性的困惑主要表现如下：首先,已有的多铁性材料转变温度相对较低,无法将其应用到实际之中。故而提高多铁性转变温度是目前的研究热点。其次,大部分多铁性材料的铁电极化相对较弱,能够通过各种方法大幅提高该类材料的极化程度,也是众多研究者所追求的目标之一。最后,鉴于多铁性材料中,磁场对于极化的调控已经比较容易的实现,但是电场对于磁性的控制却是一个非常棘手的问题,因此,作为一个此道中人,我们可以用“无所不用其至”这样一个略显贬义的词来形容我们对于电控磁性这一方向的追求。正是围绕着上述几个问题,我们选取了具有螺旋自旋序的鸽酸锰（MnWO4）这一典型的新型多铁性材料作为研究对象,展开了一系列的工作：首先,我们设计了两种不同的降温路径,并研究了这两个降温过程中所施加的电场对MnWO4样品磁性结构的影响。其次,通过调整Mn/W的比例研究了晶格畸变对MnWO4中螺旋自旋序的影响。再次,我们研究了当Ru离子对Mn离子一比一替代时系列Ru掺杂MnWO4样品中磁性以及铁电性能的变化情况。最后,通过在MnWO4中同时引入Ru离子和Mn空位,我们明显提高了该系列样品的铁电性能。整个论文的结构和主要结果如下：第一章综述了多铁性材料的研究背景、基本的物理特性以及相关的物理机制。作为一种比较典型的多铁性材料以及本文的研究对象,我们对MnWO4的一些物理特点和多铁性特征进行了具体的描述。其主要特征是,MnWO4随着温度的降低从顺磁态依次在TAF3=13.5K进入非公度共线反铁磁AF3相,在TAF2=12.6K进入非公度椭圆形螺旋自旋反铁磁AF2相,最后在TAF1=7.8K进入公度共线反铁磁AF1相。从多铁性的角度考虑,我们感兴趣的是具有铁电极化的AF2相的极化增强以及该相温区的增加。第二章里面,基于MnWO4这个多铁平台,我们对多铁领域中电场调控磁结构这一棘手的难题发起了一个小小的挑战。本章工作的出发点很简单：低温时,由于多重交互竞争的原因,自旋体系处于失措状态,不同的磁序之间的能量差别很小,若是这个能量差与电偶极子在电场中的静电能相接近时,我们就可以通过外加电场来调控铁电相（AF2相）的能量,从而实现电场对于AF2-AF1两相之间相变的调控。为此,我们设计了不同的降温路径（每一种路径中,极化电场以不同的方式施加）,然后对热释电电流进行了测量。结果显示,即便施加一个很小的电场（10kV/cm）,AF1和AF2相的两相共存以及AF2相的稳定性都会受到影响,表明了外加电场导致的静电能虽然很小,依然能够对失措状态下的多铁体系磁结构产生有效的影响。这些都在所测量的极化数据中得到了很好的验证。第三章里面,通过调整MnWO4中Mn：W离子的比例,重点讨论了材料中离子空位的存在对铁电行为的影响。实验发现,调整Mn与W的比例不会明显影响铁电相变温度,但是AF1相逐渐被AF2相取代。此外,铁电极化也有所增加。通过对XRD数据的精修发现,晶格常数在Mn：W比例偏离1：1的同时也随之减小,这里的晶格收缩可以认为等效于一种化学压力,有助于AF2相的稳定和AF1相的抑制。此外,Mn空位的存在可以认为是一种非磁性掺杂,而W空位的存在也势必对Mn离子间的磁交换作用产生影响。因此,相较于纯MnWO4,非1：1材料中的磁失措程度得到了缓解,AF2相的自旋结构和与之相关的铁电畴均得到了稳定,从而导致了铁电性能的提高。第四章主要讨论了磁性Ru4+离子对Mn2+离子一比一掺杂（即按照粒子数等比掺杂）后MnWO4的多铁性能改变以及Ru4+离子在其中所起到的作用。通过电子能谱实验,我们验证了部分Ru离子价态的降低（即Ru3+的出现）。从DM交换作用的角度出发,我们分析并排除了Ru离子强的自旋轨道耦合对极化的贡献,并认为AF1和AF2的两相共存是源于晶格收缩。而弱磁性的Ru4+（Ru3+）的引入减弱了系统的磁交互作用并增强了AF2相自旋结构的稳定性,因而与螺旋自旋序相关的铁电畴的鲁棒性也因此而得到了增强,进而导致了较高的铁电极化。考虑到Mn空位以及Ru离子的引入都对MnWO4体系的铁电性起到了增强的作用,第五章工作综合了上面两章的结果,研究了4d族磁性Ru4+离子对Mn2+离子的一比二掺杂（即按照价态掺杂）,亦即Ru离子与Mn空位同时存在时对MnWO4的多铁性性能造成的影响以及可能的物理机制。结果是显著的：随着Ru4+离子掺杂浓度的提高,AF1相被逐步抑制并且在20%的Mn2+离子被替换时完全消失。与此同时,材料的最大极化强度从纯MnWO4样品的～7.0 μC/m2增加到了～60.0 μC/m2,铁电性能得到了显著的提高。根据上面两章的讨论,我们认为这里铁电极化的提高源于上述两种因素的叠加,而且产生了1+1>2的效果。这是可以预见的,第一,Ru离子与Mn空位的引入都会引起晶格收缩,第二,它们的都会导致体系自旋相互作用的减弱,起到稳定AF2相以及相应铁电畴的作用。第六章是对本论文的总结和后面工作的展望。