交换偏置效应研究是信息存储技术快速发展的关键问题之一,铁磁（FM）/反铁磁（AFM）交换偏置体系作为磁存储器件最基本的结构单元已被广泛应用于磁记录和磁传感器等磁性电子器件中。但随着近年来对信息存储技术的高密度、低功耗、高速化、非易失等技术指标的追求越来越高,简单的FM/AFM交换偏置体系已无法满足发展要求。通过磁电耦合的方式,利用电场或电流的作用使得交换偏置体系界面的磁矩或磁畴状态发生变化可以实现磁存储设计的优化。目前室温零磁场的条件下完全实现电控交换偏置还存在着较大的挑战,当前报道的大部分研究工作均受到外加磁场、高的驱动电流密度等的限制。基于此,本课题首先研究了NiFe/NiO薄膜体系交换偏置的影响因素,随后分别通过对其施加纵向电场或横向电脉冲作用来诱导磁性材料中磁矩或磁多畴态的改变,进而实现室温零磁场条件下的电控磁。取得的主要研究结果如下:1.系统研究了NiFe/NiO双层膜交换偏置体系的不同溅射功率、反铁磁层厚度、铁磁层厚度对薄膜的微观结构及磁性能的影响。当NiO薄膜溅射功率为110 W时,NiO特征峰明显,表现出较好的结晶性,交换偏置场最大;随反铁磁层NiO厚度的增加,交换偏置场呈现先减小后增大的现象;随铁磁层NiFe厚度增加而表现为逐渐减小。2.退火处理可以改变FM/AFM交换偏置薄膜界面的微观结构、粗糙度以及界面形貌,其对交换偏置等磁性能的影响是至关重要的。NiFe（15nm）/NiO（130 nm）双层薄膜空气中退火后诱导了非共线磁各向异性,这主要是由于退火后FM-AFM界面的粗糙度以及磁畴的自旋阻搓结构改变导致的;而NiFe（15 nm）/NiO（110 nm）结构样品在空气中退火使得交换偏置效应与矫顽力都明显增大了,主要是由于体系内发生化学反应改变了晶体结构和物相组成,证明了非共线磁各向异性与反铁磁层厚度以及晶体结构和物相组成相关。3.基于NiO薄膜的阻变特性,通过纵向施加电场调控NiFe/NiO多层薄膜器件结构的阻变性能实现了室温下交换偏置等磁性能的非易失性调控。对NiFe/NiO多层薄膜在垂直膜面方向（纵向）施加电场,诱导了体系的电阻发生非线性变化转变为低阻态,其阻变实现机理为电子型阻变,导致交换偏置减小,这主要与缺陷氧空位捕获电子后对界面磁矩的翻转和运动的影响有关;当正向和反向磁场辅助纵向电场作用样品时,反向磁场作用促进了电场作用下磁矩及磁畴的反向翻转,反之正向磁场具有抑制作用。4.研究了在零磁场的条件下对NiFe/NiO双层薄膜施加平行膜面（横向）脉冲电流作用的磁性能变化。体系的部分磁矩在电脉冲作用后发生了180°非易失性翻转,铁磁层单畴状态被分离成磁化相互平行或反平行的多畴态,形成了正负交替的条纹畴,从而实现了在无外磁场辅助的条件下通过较低电流密度作用调控磁矩的非易失性翻转。验证了脉冲电流方向、铁磁层厚度、反铁磁层厚度、电极材料以及低温环境下验证温度等对该现象的影响,发现均能实现磁滞回线的双位移;同时该交换偏置薄膜体系在多次横向电脉冲作用下的磁性能具有多次可重复性,反向磁场下的具有可逆的回复性,这对于交换偏置机理的进一步深入研究和零场下实现非易失性磁矩翻转提供了一个新方法。