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近三十年来,以钙钛矿复杂氧化物为代表的关联氧化物材料,及其界面相关的奇特物性一直是材料科学和凝聚态物理学的研究热点。作为一类典型的关联氧化物材料,多铁性钙钛矿异质结构中晶格-轨道-电荷-自旋四个自由度之间的耦合导致了诸多新颖的磁电性能,也赋予了它巨大的应用前景。另一方面,通过应力、取向、尺寸等微结构设计有可能实现对钙钛矿关联电子体系中量子序共存和竞争的调控,进而“剪裁”关联材料的电、磁、光、热等性能。这不仅有助于我们不断拓展凝聚态物理理论,也为新型器件的制备提供了材料基础。同时随着现代电子显微技术的不断发展,在原子尺度研究各量子序与微结构参数间的联系也成为可能。基于此,本论文以若干不同类型的多铁性钙钛矿异质结构为研究对象,从宏观和微观两个视角系统性地探讨了它们的微结构和电磁性质,以及二者之间的关联,得到了一系列有意义的成果。取得的主要进展如下：1.我们在Ti02层终结的SrTiO3 (STO) (001)衬底上成功外延了高质量的[(La0.7Sr0.3MnO3)x/(BaTiO3)16-x]5(x=12,10,8,6,4)多铁性超晶格薄膜。X射线衍射(XRD)的结果显示La0.7Sr0.3MnO3 (LSMO)始终处在面内拉应力的作用下,随着单位周期内BaTiO3 (BTO)厚度的不断增加,超晶格应变部分弛豫。此时处在BTO夹层中的超薄LSMO由于夹持作用,反而受到了更大的面内拉应力。磁性能和磁输运性质的测试表明LSMO出现反铁磁相可能来源于不均匀分布的面内拉应变,且随着LSMO组分比例的减少,反铁磁相的比例不断提高。类自旋玻璃行为的出现和显著增强的磁电阻也均可归因于超晶格中铁磁相和反铁磁相的共存与竞争。透射电镜(TEM)表征给出了界面应变不均匀分布的微观证据。同时界面附近拉应变较大的LSMO晶格通过电荷-晶格耦合吸引了更多的电子,导致界面附近的eg电子密度显著提高,宏观表现为Mn3+在界面处富集,与蒙特卡洛模拟的结果定性的吻合。通过超晶格组元相对厚度的设计我们实现了超晶格中铁磁和反铁磁序共存和竞争关系的调控。2.我们在STO(001)衬底上外延生长了2-20个原胞厚的SrRuO3 (SRO)超薄膜和[(SRO)x/(BTO)x]30/x (x=1,2,3,5,6)多铁性超晶格薄膜。输运性能的测试表明,随着薄膜厚度的减小,超薄SRO由最初的金属态转变为绝缘态,临界厚度约为4个原胞。同时在5-10个原胞厚度的超薄SRO中存在温度驱动的金属-绝缘体转变,这种转变的主要诱因可能是晶格畸变和界面离子重构引起的弱局域化效应。拟合结果表明超薄SRO的弱局域化效应的主要作用机制是电子-声子相互作用。另一方面,在SRO/BTO超晶格中我们未发现明显的应变弛豫现象,然而处于BTO夹层内的超薄SRO的面内应变并不均匀。TEM的结果显示界面处的SRO晶格处于较大的面内拉应变状态,这可能导致界面出现反铁磁相。超晶格中超薄SRO层的特殊磁性质可能是晶格应变和界面作用相互竞争的结果,在3/3和5/5超晶格中,超晶格的磁化强度达到极大值。我们的结果也表明在2-3个原胞的极限厚度下,超晶格中的超薄SRO仍有铁磁性。3.利用多种电子显微学表征手段,我们在SrZr0.68Tio.32O3/Ge外延薄膜中发现位错半环的柏氏矢量为1/2a<111>,并存在能量有利的位错反应方程：1/2[111]+1/2a[111]=a[100]。此外,我们还比较了钙钛矿外延体系和钙钛矿/半导体外延体系中主要位错类型的异同。前者主要的位错类型为a<100>或1/2a<110>,而后者的柏氏矢量大多为1/2a<111>。我们还发现位错和衬底表面台阶结构可能存在耦合关系,这可能是源于衬底表面台阶结构导致的反相畴界的钉扎作用。4.在[111]方向外延的Bao.7Sr0.3Ti03/SrTi03薄膜中,我们观察到组成位错半环的柏氏矢量主要为a<110>和%a<110>,并由位错线位于<112>方向的失配位错和位错线位于<110>或<100>方向的穿透位错构成。位错分解的反应方程式为a[110]=1/2a[110]+1/2a[110]+SF。利用电子束三维重构技术,我们还发现穿透位错间也能发生反应,并在界面附近形成高密度的网络状结构,这有助于更高效地释放失配应力。我们认为这可能是导致(111)BST薄膜介电系数对温度的依赖性较[001]方向外延薄膜显著降低的原因。5.利用扫描透射电镜技术,我们在CoFe2O4/BiFeO3 (CFO/BFO)纳米自组装薄膜中发现了高密度的孪晶界,几何相位分析的结果显示孪晶界可能是这类异质结构中主要的应变弛豫的机制。电子能量损失谱线扫描的结果表明孪晶界内可能存在Bi3+和Co2+/3+的相互置换,以及Fe、O离子空位。除此之外,孪晶界在CFO相内提供了六方密堆积排列的晶面,表面势的落差会驱使CFO内残存的Bi3+在孪晶界偏析,进而引起BFO在孪晶界内的相分离。由此导致的缺陷和离子空位可能会影响异质结构的界面导电性质。