自旋电子学历经三十多年的发展历史大致可以分为两个阶段,第一阶段主要为磁化状态对于自旋相关输运的影响,最有代表性的工作为巨磁电阻效应和隧穿磁电阻效应;第二阶段主要集中在用自旋流实现对磁矩的调控,除稀磁（磁性）半导体相关研究的一阵热潮外,最成功、最具潜在应用价值的研究工作为自旋转移力矩和自旋-轨道力矩。自旋流作为贯穿自旋电子学研究至今的核心,可以说每次自旋电子学迎来重大的发展都伴随着对于自旋流的更为深层次的认识和掌握。在自旋电子学的第一阶段中,自旋流以自旋极化电流的形式出现,主要由铁磁金属中的自旋相关能带劈裂产生,本质上直接源自交换作用。在第二阶段中,自旋流则主要通过非磁金属的自旋-轨道耦合作用产生,由于不同自旋的载流子具有相反的移动方向,因此具有100%的自旋极化率,也被称为纯自旋流。从上可以看出似乎铁磁金属和纯自旋流并没有直接的关联。但随着研究的深入,理论上发现如果将自旋-轨道耦合也纳入铁磁金属的考虑范畴,结合其磁化序参量导致的自发对称性破缺,可以产生更丰富的纯自旋流,从而可能开启自旋电子学研究的新阶段。因此,在实验上证明铁磁金属体系中的磁化状态和纯自旋流输运之间的关联,成为了自旋电子学今后发展的关键议题。（1）制备了 Y3Fe5O12（YIG）/Cu/Ni81Fe19（Py）/Ir25Mn75（IrMn）自旋阀结构样品,采用了纵向自旋塞贝克效应来研究Py的磁化方向对其逆自旋霍尔效应的影响。在纵向温度梯度存在下,纯自旋流首先在YIG中以自旋波形式产生,随后在Cu中转化为以传导电子为载流子的纯自旋流,其极化方向也与YIG的磁化方向（mYIG）一致。自旋流可以穿过非磁层Cu进而被铁磁层吸收,最终通过Py中的逆自旋霍尔效应将自旋流转换成可以被探测的电信号。反铁磁IrMn层对Py的磁矩（mPy）起钉扎作用,而YIG本身又是一种软磁材料,因此通过这种特殊的结构设计就可以实现Py和YIG磁化翻转行为的完全分离,从而系统地研究铁磁金属的磁化方向对于逆自旋霍尔效应的影响。发现当mYIG和mPy的相对排列从垂直（丄）变为共线状态（‖）时,其逆自旋霍尔电压最大增加了将近80%。对不同厚度和磁化方向下Py的逆自旋霍尔信号进行分析和拟合,发现Py的自旋扩散长度（λsf）和等效自旋霍尔角（θSHeff）也与其磁化强度的方向相关:自旋扩散长度从垂直态（λsf⊥）的1.0±0.1 nm变为共线态（λsf‖）的2.8±0.5 nm,并且θSHeff（⊥）/θSHeff（‖）=1.5。这证明了铁磁金属的交换作用对于纯自旋流的界面自旋注入效率和自旋弛豫过程都具有十分明显的影响。（2）在YIG/Cu/Fe/IrMn自旋阀结构中研究了 Fe的逆自旋霍尔效应与其磁化方向之间的关系。首先发现Fe的自旋霍尔角与其磁化方向相关,具体表现在当Fe的磁矩mF。和mYIG的相对排列从垂直变为共线状态时,测得的逆自旋霍尔信号大小相同,但符号相反。此外,随着Fe厚度的不断减小,其逆自旋霍尔信号呈现单调递增的关系,并且对于共线态而言,当Fe的厚度小于一定的临界厚度时,其逆自旋霍尔信号又会出现符号上的反转。结合第一性原理散射方法的计算,我们发现体系中Cu/Fe界面的自旋霍尔效应要远大于块体Fe的自旋霍尔效应,并且来自于Fe的磁化方向对Cu/Fe界面Rashba自旋-轨道耦合的调制是导致界面自旋霍尔角符号改变的主要原因。此外,界面合金化也会对最终测量到的自旋霍尔角产生很大的影响。这项工作表明铁磁金属的磁化强度以及界面自旋相关散射对于自旋霍尔效应有着不可忽视的影响,为人们理解铁磁金属中的纯自旋流输运现象提供了一个全新的方向。（3）系统地研究了重金属（β-W）/超薄铁磁金属异质结构的自旋霍尔磁电阻效应（SMR）。发现自旋霍尔磁电阻随着铁磁金属不同会发生明显的变化。使用自旋泵浦-铁磁共振对三种特征铁磁金属（Co40Fe40B20、Ni81Fe19、（Ni81Fe19）xB1-x）/W样品的界面相关自旋混合电导（gr↑↓）进行了表征,将gr↑↓代入到自旋霍尔磁电阻效应的标准公式进行拟合,发现无法很好地与实验结果吻合。当考虑了铁磁金属纵向自旋流吸收对于gr↑↓的修正后,实验数据得到很好地拟合。我们的结果表明铁磁金属/重金属体系中的自旋霍尔磁电阻效应不能简单的套用磁性绝缘体/重金属体系中的物理模型,将纵向自旋流吸收和铁磁金属的自旋极化率引入到SMR模型中,可以很好地描述重金属/铁磁金属异质结构的SMR结果。