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随着便携式电子设备的快速发展,人们对微电子器件集成化和小型化程度的需求不断提高,基于传统CMOS制程的摩尔定律即将接近极限,量子隧穿效应和高功耗的问题逐渐突显。近年来电子的自旋属性成为了克服这一瓶颈新的发展方向。在自旋电子学这一方兴未艾的学科中,有关自旋流的产生、探测、调控以及以磁绝缘体异质结构为代表的自旋电子器件的研究引发了学者强烈的兴趣。纯自旋流可以在铁磁性绝缘材料中产生,其借助电子的自旋角动量传递信息,由于没有净电荷的流动,极大地降低了器件的功耗。但是,在磁性/重金属异质结自旋电子器件所测得的电压信号中,通常包含由界面处磁邻近效应产生的反常霍尔电压分量,这给精确测量自旋霍尔电压带来困难,因此需要借助缓冲层材料解决磁邻近效应的影响。与铁磁性材料相比,反铁磁材料在能够传输自旋流的同时对外无净磁特性,是作为缓冲层的理想材料,且其自旋磁矩的进动频率更高,能够在5G领域甚至下一代太赫兹波频段范围内进行更快速的信息处理和通信。基于此,本文通过脉冲激光沉积工艺,分别生长制备出亚铁磁绝缘体材料钇铁石榴石（YIG）和反铁磁体材料氧化镍（NiO）,主要研究了铁离子价态对YIG薄膜磁特性的影响,并结合自旋泵浦、自旋霍尔以及逆自旋霍尔等测试手段研究了YIG/NiO异质结构的自旋输运特性,在解决磁邻近效应影响的同时,发现了由薄膜界面粗糙度主导的自旋散射增强机制,这对实现自旋流的高效注入和研制高灵敏度的自旋电子学器件具有十分重要的意义。首先,本文从磁性材料空间能量的角度入手,基于磁化动力学理论详细地分析了磁矩的进动过程,进而推导出发生铁磁共振所需的条件方程,为之后计算YIG薄膜的铁磁共振线宽以及提取有效阻尼系数提供了理论基础。随后进一步基于自旋泵浦效应解释了铁磁/非磁性异质结中自旋流产生的过程,以及围绕自旋流和电荷流之间的相互转换关系理论,推导出了自旋霍尔效应及逆自旋霍尔效应的原理。其次,通过脉冲激光沉积工艺在钆镓石榴石基片上生长了具有低阻尼、长自旋输运距离等特点的YIG薄膜,并且深入研究了沉积温度、氧气压强和退火条件对YIG薄膜成分结构、微观形貌、磁滞回线及铁磁共振线宽等性能的影响,分析出薄膜内存在过多的二价铁离子含量与YFeO3等杂质均会导致YIG薄膜磁性能的减弱和铁磁共振谱的畸变。实验对最优生长条件下制备得到的YIG薄膜的静态磁性能及高频自旋动力学特性做了系统研究,磁滞回线结果显示YIG薄膜的矫顽力约为4 Oe,饱和磁化强度值为1755 Gs,在7 GHz频率下获得的最优铁磁共振线宽为8.3 Oe,阻尼系数约为5.7×10-4。此外利用磁光克尔效应测试发现了YIG/石墨烯/YIG结构材料的磁光增强效果,并利用天线激发探测得到YIG薄膜静磁表面自旋波的群速度、弛豫时间以及衰减长度等参数。最后,在生长并表征反铁磁体NiO薄膜的基础上,通过调控NiO薄膜的厚度,制备得到了一系列YIG/NiO异质结薄膜。磁滞回线、铁磁共振及自旋泵浦等测试结果证明,当NiO层较厚时,铁磁/反铁磁交换耦合作用会抑制自旋角动量在YIG/NiO界面间的传递。随后,结合逆自旋霍尔效应测试及自旋霍尔磁阻器件研究了自旋流在YIG/NiO/Pt异质结构中的输运特性,实验结果证明反铁磁缓冲层NiO能够有效抑制磁性绝缘层YIG对界面处Pt原子层磁化的作用,从而排除逆自旋霍尔电压测试中反常霍尔电压分量的影响。原子力显微镜和球差校正透射电子显微镜的测试证明,当NiO层厚度在1 nm左右时,NiO和Pt层间呈现为非连续生长的粗糙界面,本文最终从界面粗糙度主导的自旋散射角度出发,合理地解释了界面自旋散射对逆自旋霍尔电压和自旋霍尔磁电阻增强作用的深层次原因。