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近年来自旋电子学材料由于其丰富的物理机制和潜在的巨大应用价值,引起了人们极大的研究兴趣。而在纳米磁性薄膜材料中,与尺寸、维度息息相关的表面、界面效应对材料性能有至关重要的影响。因此,系统而深入的研究相关材料界面状态(如界面处不同元素的氧化状态、粗糙度以及晶体结构等)对纳米多层膜自旋相关输运性及磁性的影响具有非常重要的意义。本论文以常用的自旋电子学材料为基础,利用界面的调控作用,构建了具有不同应用背景的NiFe基和Co基多层膜材料,实现了性能的优化。论文主要研究成果如下：(1)在Ta/NiFe/Ta结构中,通过在Ta/NiFe以及NiFe/Ta的界面处引入一定厚度的NiO层,使得平面霍尔灵敏度提高了150%。其灵敏度的提高取决于电阻率变化(△p)的增加以及饱和场(Hs)的降低。根据截面高分辨透射电子显微镜(HRTEM)结果分析表明,平整的氧化物／金属界面的形成增强了界面处对自旋相关传导电子的弹性散射,实现了电阻率变化的提高；同时NiO的引入阻止了Ta和NiFe界面处原子之间的相互扩散,使得NiFe层更容易翻转,实现了低的饱和场。(2)在NiFe/IrMn交换偏置结构中,研究了NiFe/Cu/IrMn界面粗糙度状态对于平面霍尔效应行为的影响。利用磁控溅射制备了NiFe/Cu/IrMn多层膜结构,发现在不同厚度的Cu隔离层时,界面粗糙度的变化对平面霍尔效应产生了明显的影响。X射线反射(XRR)研究表明,平面霍尔电压变化的原因可能是由于界面处粗糙度的不同对铁磁层自旋极化电子的自旋不对称性产生不同影响导致的。当界面由粗糙变得平坦的同时,界面处对传导电子的漫散射转变为镜面散射,从而导致电阻率变化(△p)的改变。这一实验结果为之后的进一步实验研究提供了理论指导。(3)考虑到Au本身较强的自旋轨道耦合作用以及与Ni和Fe相近的热膨胀系数,在我们的工作中,通过引入Au隔离层设计了NiFe/Au/IrMn为基本结构的传感器元件,实现了较高的平面霍尔电压输出和高平面霍尔灵敏度。平面霍尔灵敏度提高的原因归于Au强的自旋轨道耦合作用引起自旋极化电子的自旋不对称性增强。同时,测定了其平面霍尔效应的特征参数随温度的变化情况,发现以NiFe/Au/IrMn结构为基础的传感器在一定的温度范围内表现出了更好的温度稳定性。(4)在Ta/CoFeB/MgO结构中,通过在CoFeB/MgO界面处引入一定厚度的Mg金属层,有效提高了CoFeB/MgO体系的垂直磁各向异性的退火稳定性(375。C)。利用X射线光电子能谱(XPS)研究了CoFeB/MgO界面处元素的化学状态的变化,发现Mg插层的引入能有效抑制底层Ta扩散到CoFeB/MgO界面处,维持界面处Fe-O有效的轨道杂化,从而保持界面各向异性,实现了在较高的退火温度下Ta/CoFeB/MgO体系仍具有垂直磁各向异性。(5)在[Co/Ni]n多层膜结构中,通过在Co/Ni的界面引入一定厚度的Cu金属层,发现[Co/Cu/Ni]n多层膜在退火温度达到400℃时仍能保持很好的垂直磁各向异性。XRR结果表明,在Co/Ni界面引入Cu层,高温退火薄膜仍能呈现出很好的多层膜结构,说明Co/Ni界面处很少或基本没有发生扩散,从而保持了Co/Ni界面各向异性KsCo/Ni,这是其垂直磁各向异性的退火稳定性提高的一个主要原因；而Co/Ni的界面处没有Cu层的样品,其多层膜结构被破坏,说明界面处发生扩散或合金化,使得Co/Ni界面各向异性被破坏。