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本文采用机械合金化及真空退火技术制备了CoCr2O4/Cr2O3、Ni/NiO纳米复合材料。利用磁控溅射方法制备了NiO基、MnO基铁磁/反铁磁的双层、三层磁性纳米薄膜。通过X射线衍射等手段探测样品的物相组成和晶粒大小。用超导量子干涉仪(SQUID)对测量样品的磁性能进行了相关的研究。
在CoCr2O4(亚铁磁)/Cr2O3(反铁磁)的非传统交换偏置体系中，发现该纳米复合粉末样品经过场冷至低温(5K)下仍然能获得高达2.5kOe的负向交换偏置场。同时，亚铁磁CoCr2O4由于反铁磁Cr2O3的强力耦合，其磁性矫顽力显著提高到通常的硬磁材料的矫顽力水平。该体系交换偏置场大小和矫顽力的提高幅度，强烈依赖于场冷过程中所施加的冷却场强度。依据交换偏置的经典理论，这么大的负交换偏置效应来源于反铁磁Cr2O3界面处的未补偿自旋取向的顺利建立。而在反铁磁Cr2O3奈尔温度附近，亚铁磁CoCr2O4仍然处于顺磁状态。基于对交换偏置效应来源的重新理解，我们提出了非传统交换偏置产生的两种可能机制，即冷却场磁场通过临近顺磁磁矩对反铁磁表面磁矩结构排列的间接诱导机制和冷却场磁场对反铁磁类磁畴结构排列的直接诱导机制。
在Ni(铁磁)/NiO(反铁磁)的纳米复合体系中，我们发现，在5K的低温下能获得2.2kOe的负交换偏置场，而且软磁Ni通过与反铁磁NiO的交换耦合作用，矫顽力得到大幅度的提高。当Ni(铁磁)在纳米复合物所占的摩尔比重为20％(逾渗值)时，交换偏置场和矫顽力达到最大值。在这种可以获得较大磁信号的简单铁磁/反铁磁纳米颗粒中，着重研究了交换偏置的锻炼效应。发现随着低温下锻炼效应的进行，在同一样品中经过不同锻炼次数得到的交换偏置场大小和此时冻结自旋多少存在一个线形关系，但锻炼效应的初次是例外的。这不仅暗示了交换偏置效应来源的本质问题，而且解释了锻炼效应可能存在的两种机制。我们就这两种可能的微观机制进行了讨论和分析。
我们通过磁控溅射法制备了NiO/Co(xnm)/Ni80Fe20(6-xnm)、NiO/Ni80Fe20(xnm)/Co(6-xnm)、NiO/Co(xnm)和NiO/Ni80Fe20(xnm)的磁性薄膜材料。发现当铁磁/反铁磁界面处紧邻的铁磁薄膜厚度小于4～5nm时，产生交换偏置的界面能尚处在一个逐步建立的过程中，证实了前人提出的交换偏置不是通常意义上的短程作用的发现。当铁磁性薄膜达到一定厚度的时候，交换偏黄大小和铁磁性薄膜厚度渐趋反比的数值关系，结合经典的交换偏置理论，这种反比趋势说明了铁磁/反铁磁界面能开始完全确立直至恒定。另外，我们还发现随着铁磁层的不同，相同反铁磁得到不同的交换偏置冻结温度，而且强耦合与弱耦合的交换偏置体系，其场冷-零场冷磁热曲线表现出明显的差异性，这种差异性间接地反映出交换偏置效应带来的单向各向异性和单轴各向异性来源机理的不同。
通过磁控溅射的方法，我们制备了一系列硬磁/反铁磁/软磁的三层磁性薄膜结构。在反铁磁奈尔/冻结温度以上，先施加一个足够大的正向/反向饱和磁场，然后采用正向的小磁场作为冷却场，从而实现了上下两层铁磁性薄膜磁矩方向呈平行或反平行排列的磁冷却结构，考察软磁层在这两种冷却场模式下在低温下的交换偏置现象。实验结果表明，在反铁磁中间层比较厚的时候，两层铁磁层磁矩的平行、反平行这两种磁冷却结构并没能对软铁磁层的交换偏置造成任何明显的差异。当反铁磁的厚度小于6nm的时候，两个铁磁/反铁磁界面处的交换耦合效应将是会相互影响的。确定了反铁磁界面磁结构对于反铁磁体内磁畴的影响穿透深度大概在2～3nm以内。