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失措是一种普遍现象，不仅涉及物理，在社会体系和经济体系中也是常见的。而自旋失措则属于物理世界里一个影响深远的概念，因失措而导致了丰富有趣的物理现象。目前对多铁性材料探索的热潮又把它推向了研究前沿和一个新的高度。Ca3Co2O6(CCO)是一个典型的Ising磁性物质，其沿c轴的Co自旋链在空间排列而形成了典型的二维失措结构。它最为显著的特性是低温下的磁化强度曲线表现出台阶效应，即随着磁场的增加其磁化强度会出现一个或多个平台，在临界磁场处发生从一个平台到另一个平台的跳变。这种奇特的量子行为十年来一直吸引着人们的目光，但其物理根源还未得到圆满解释。
本论文首先对失措体系进行了简述，对CCO的研究进展作了梳理并讨论了其发展趋势。我们的工作主要集中在CCO的磁性、介电、台阶磁介电效应研究。我们还首次制备出了CCO纳米柱薄膜并探讨了其潜在应用。具体内容和结果如下：
1)我们研究了CCO陶瓷的介电温谱，发现在不加外磁场即H=0的情况下，磁相变点附近介电常数出现异常；施加磁场后，磁有序温度以下介电常数随磁场增加而增加，并伴随一个介电异常逐渐消失的演化过程。这表明介电行为和磁有序有着内在的联系.当磁场H=9T时，由于系统近乎处于铁磁态，因此在温度上升的过程中，介电常数的变化基本是一个温度效应.磁介电效应在自旋冻结温度附近出现极大值，最高可达5.1％。另外，我们首次对介电损耗作了研究，通过对介电损耗峰的拟合分析发现，低温下存在两种弛豫过程，一种源于热激活机制，另一种和量子跃迁有关。
2)保持温度不变，对CCO进行磁场扫描，发现介电常数和介电损耗同样表现出台阶行为。这与在磁化强度曲线中出现的台阶一一对应。另外还发现T=10K时介电常数和损耗都在由亚铁磁序到铁磁序转变的临界磁场处出现了一个低谷，显示了自旋翻转在相变附近的异常。
3)基于自旋构型和自旋相关性，我们对介电常数中出现的台阶和低谷作了蒙特卡罗模拟。模拟结果和实验吻合得非常好，表明自旋构型对介电响应起着调制作用。同时也说明用蒙特卡罗模拟处理磁介电耦合这类问题是十分有效的。
4)我们首次用脉冲激光沉积法(PLD)生长了CCO纳米柱薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其结构和形貌作了表征。磁性测试表明CCO纳米柱薄膜依然保持着明显的磁化强度台阶。我们从链内铁磁有序被部分破坏的角度对台阶弱化作了定性解释。把每个台阶作为一个逻辑状态0或者1，每个纳米柱看作一个存储单元，从而可以为设计新型的多态磁存储器打开新思路。我们在IOK时得到CCO薄膜的电滞回线，最大极化值P～270μC/m2，预示着CCO可能是一种新的多铁材料。