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钙钛矿型稀土过渡金属氧化物RFeO3与RMnO3 (R=稀土元素)是强关联物理研究领域中重要的功能材料体系。稀土铁锰酸盐中的磁性来源主要有两类磁性离子的贡献,即稀土R3+离子和过渡金属离子Fe3+/Mn3+。他们构成钙钛矿结构时,稀土离子的贡献在于其磁矩大、各向异性强,过渡金属离子和氧离子的结合形成了较稳定的钙钛矿八面体结构。这两类离子的相互作用能使钙钛矿氧化物体系产生诸如自旋重取向、自旋翻转及丰富的磁有序态等磁特性。由于在自旋电子器件上的潜在应用,这些磁现象引起了学术界深入的讨论与研究,并已经引起工业界的关注。本论文的工作主要是研究稀土铁锰酸盐材料的磁结构和磁性质。钙钛矿型稀土铁酸盐和锰酸盐在各自领域都有极为重要的研究和应用价值,我们发现稀土铁锰酸盐继承了这两类母相材料的共性,在其中也观察到一些新的物理性质。本论文共分为六章,主要内容为:第一章,首先概述了稀土钙钛矿铁氧化物和锰氧化物的晶格结构、电子结构和磁特性。接着介绍了锰氧化物的庞磁电阻效应、杨-泰勒畸变及磁电耦合效应,也同时介绍了稀土钙钛矿正铁氧体中的自旋重取向现象和磁热效应的研究进展。第二章,主要介绍了本论文涉及的样品的制备方法和实验原理。其中,包括多晶陶瓷样品的制备方法及利用光学浮区法生长高品质单晶样品,利用X射线粉末衍射解析样品的晶体结构和劳厄衍射进行晶轴定向,利用洛伦兹透射电镜观测单晶样品的表面形貌和磁感线分布,利用物性测量系统上的振荡样品磁力计附件进行磁性测量。第三章,我们给出并讨论TbFe0.75Mn0.25O3单晶的表面形貌和自发磁化研究结果,包括利用洛伦兹透射电子显微镜进行形貌观察、磁感线分布观察、原位加磁场电子全息观察和电子衍射图谱。我们发现,由于应力作用样品边缘的衍射衬度,样品的明场图像显示出类似分形的花样。在无自发磁化的ab平面内未观测到磁感应线,而在有自发磁化的bc平面内观测到磁感应线,说明在样品在bc面存在自发磁化轴。进一步,通过选区电子衍射确定了自发磁化方向沿c-轴,并且该晶体样品可能在微米尺度范围(>3 μm×3μm)内为单畴晶体,表明该体系存在较大的磁晶各向异性。第四章,研究了 TbFe1-xMnxO3材料的磁结构与自旋重取向现象的关联。利用粉末中子衍射技术,我们证实TbFe1-xMnxO3 (x<0.6)材料的自旋重取向相变在掺杂Mn元素之后转变为Γ4(Gx,Ay Fz)(?) Γ1(Ae Gy, Cz)型相变且存在高温到低温的反复自旋重取向行为,明显不同于母相TbFeO3的Γ4 - Γ2型相变及TbMnO3的正弦型反铁磁有序到复杂螺旋磁有序转变。在x=0.5-0.6附近,其自旋重取向的相变温度能被提高到室温附近。进一步,我们系统地分析了这一单晶体系的磁熵变与掺杂浓度的关系,以揭示反复自旋重取向的机制及低温复杂磁相图。因存在巨大的磁熵变和室温附近的自旋重取向现象,使得该体系材料在磁制冷应用和制备温敏型自旋电子学器件成为可能。最后,我们给出了温敏型自旋传感器的一种设计方案。第五章,研究了 TbMn1-xFexO3单晶材料的旋转磁熵变。通过对比研究,我们发现具有强磁晶各向异性的TbMnO3和TbMn0.25Fe0.75O3单晶在将其从a轴到c轴旋转过程中均存在较大的磁热效应。在7 T下,TbMnO3 (TbMn0.25Fe0.75O3)单晶的磁熵变的最大值与制冷能力值分别高达19.20 J/Kg K (14.84 J/Kg K),411.97 J/Kg (260.80 J/Kg).对于TbMn0.25Fe0.75O3单晶,其较大的磁热效应出现在临近Γ1-Γ4自旋重取向温度16 K附近,这不同于母相TbMnO3晶体出现在Tb3+离子反铁磁有序温度9K附近。基于非广延热动力学理论,我们进一步采用q-费米狄拉克统计分布给出从易磁化轴向难磁化轴旋转过程中的磁熵变随角度的变化的拟合值,获得了与实验值较一致的结果。结果表明,磁晶各向异性能的不同决定了 TbMn1-xFexO3体系的磁性与磁热效应的显著差异。第六章,为了探究RMO3体系的巨大的磁热效应的根源,合成并研究了 AMO3型碱土金属锰氧化物Ba1-xSrxMnO3-δ样品的自旋玻璃转变和磁热效应。发现合成过程中材料对于反应条件非常敏感,合成出的材料的氧缺位情况将直接影响晶体结构和磁特性。此外,发现在Ba1xSrxMnO3样品中的磁热效应非常弱。实验结果证明了RMO3体系能够发展成磁制冷材料而AMO3体系则不能的原因在于稀土离子特有的单离子磁各向异性。第七章,对本论文的工作给予总结,并对当前钙钛矿型稀土铁锰酸盐材料关于其新颖磁性与应用前景等问题进行讨论和展望。