多铁性材料同时具有两种以及两种以上铁性序参量(如铁磁、铁电、铁旋、铁弹等)。这些序参量的相互作用可产生磁电耦合效应,使得磁场控制电极化或电场控制磁化成为可能,为高性能器件的设计提供了新的自由度,并将促进微电子器件的多功能化、集成化、微型化。目前,随着微电子技术的高速发展,多铁性材料的研究正逐渐向介观层次发展,相关的研究已经成为国际上凝聚态物理和材料科学等领域的研究热点。多铁性材料从组成上可分为单相多铁材料和复合材料两类。单相多铁性化合物在一定程度上由于铁磁和铁电性分布的对称性、电子轨道填充的规则之间相互制约等原因的限制,一般来讲磁电耦合效应较弱且绝大部分要低于室温。铁酸铋(BiFeO3)是单相多铁性化合物中为数不多的在室温下具有磁电耦合效应的材料体系,倍受研究者的青睐,但因其漏电流较大、铁电性和磁性较弱,这些问题一直制约着BiFeO3在实际中的应用,因此人们一直在寻求方法以求改善其存在的问题。而多铁性复合材料则不受这些问题的限制,人们可以选择铁磁和铁电转变温度均高于室温的铁磁体和铁电体,并通过不同的连接方式进行复合,可带来很强的室温磁电耦合效应。目前,多铁性复合材料在介观层次上的研究方兴未艾,人们越来越关注在纳米尺度下发展新的多铁性复合材料体系,并期望通过各种测试手段揭示其磁电耦合机理,期望在实际中获得应用。本论文中,我们在前人工作的基础上,针对介观层次上的一些多铁性材料,重点以多铁性单相化合物BiFeO3基薄膜和基于反铁电陶瓷(Pb0.99Nb0.02) (PNZST)与金属Co复合的多铁性复合薄膜体系为研究对象,利用微区扫描探针技术,在纳米尺度上系统研究这两类多铁性材料的电学性质、磁学性质和磁电耦合效应,并探讨其中的磁电耦合过程和机理。获得的主要研究结果如下：采用溶胶—凝胶工艺并结合磁控溅射技术,在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上成功制备了Co/PNZST纳米复合薄膜,PNZST反铁电层和Co磁性层分别具有沿着(100)和(200)方向择优取向的晶体结构。复合薄膜呈现出良好的室温反铁电性和铁磁性。采用扫描探针显微镜的磁力模式观测了在零磁场下Co磁性层中的磁畴随外加电场的变化,发现电场对磁畴具有明显的调控作用：当外加电场小于反铁电薄膜PNZST的开关场时,Co磁性层中的磁畴仅发生微小变化,而当电场大于PNZST层的开关场时,Co磁性层中的磁畴结构发生很大变化,条带畴宽度最大增幅可达75%,而畴的扭转角最大可达53°。磁光克尔效应(MOKE)测量结果进一步表明,当对复合薄膜施加小电压时,Co层中的磁各向异性随即发生较大变化。这一磁电耦合行为主要源于外电场下PNZST层中反铁电相与铁电相之间的转变而产生的应变,并且在外电场作用下PNZST层中的纵向方向上的应变滞后于横向上的,通过界面耦合作用,带来Co层中的磁各向异性的变化以及磁畴结构的变化。采用溶胶一凝胶工艺在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)晶片上制备了La掺杂量为10%的BiFeO3纳米薄膜,掺杂后的BiFeO3薄膜具有明显的(012)方向的择优取向,并呈现出良好的铁电性和铁磁性,且其宏观漏电流得到很大改善。采用扫描探针显微技术中的扩展电阻模式和压电力模式对薄膜的局域电导过程和机理进行了系统研究。结果表明,薄膜中晶界和晶体内部的电导具有不同的特征,且随着外加电场的变化而变化,即：在低电压下,薄膜的电导主要受晶界控制,并与晶界处的氧空位分布状态密切相关；而在高电压下,电导由晶界和铁电畴主导,并且随着电压增大,电导逐步从晶界向晶粒内部扩展,表明晶粒内部的电导与铁电畴的翻转密切相关。同时,我们发现薄膜呈现出明显的局域电阻开关效应,晶界处的开关场明显小于晶粒内部的开关场,且在由晶界处向晶粒内部前进的过程中,开关场逐渐增大,并在晶粒中心位置处达到最大。此外,我们还发现,薄膜中晶粒的局域电导性质与晶粒的生长状态密切相关,当铁电畴的方向与外电场一致时,晶粒最容易导电,而在铁电畴方向与外场相垂直的情况下,只有当外场足够大时,晶粒才会导电。采用微区铁电测试系统,结合扫描探针显微镜中的扩展电阻模式和压电力模式,对Bi0.9La0.1FeO3薄膜在外加小磁场下的局域磁电耦合效应进行了原位观测和研究。结果表明,磁场对Bi0.9La0.1FeO3薄膜的铁电性质、电导性质以及电阻开关效应均有明显的调制作用。发现在±40 Oe的磁场下,薄膜的铁电极化达到最大,而电阻和相应的开关场达到最小,且在磁场从1kOe到40 Oe的变化过程中,饱和极化值、电导情况以及开关电场均随磁场减小而增大,在磁场从400e向零磁场的变化过程中,这些值的变化情况均与先前相反,并且在0Oe至-1Koe的磁场变化过程中,饱和磁化强度、电导以及开关电阻的变化趋势与正向磁场的变化情况一致。磁场对Bi0.9La0.1FeO3薄膜的调控机制主要起源于磁场对磁螺旋结构的抑制以及在外磁场作用下Bi0.9La0.1FeO3薄膜中晶格相结构发生了改变,在外磁场作用下,材料内部发生应变,产生应力,从而使得晶格在R (rhombohedral)相和T (tetragonal)之间相互转变,带来了铁电材料的自发极化方向的变化。