单相磁电多铁性材料同时具有磁性和铁电性,且二者可以通过磁电耦合效应相互影响,所以其在信息存储等诸多领域有着巨大的应用前景。因此,近十年来多铁性材料已经成为了凝聚态物理和材料物理等学科的研究热点,并且在研究过程中涌现了许多性能优异的多铁性材料。例如,铁酸铋就是目前已发现的多铁性材料中的佼佼者,它具有室温以上的反铁磁和铁电转变温度,室温环境下具有非常大剩余电极化强度。然而,铁酸铋的G型反铁磁磁基态使其受到磁场的调控很弱。实际上,目前发现的单相多铁性材料大多是反铁磁性的,同时具有铁磁性和铁电性的材料非常稀少。幸运的是,实验研究发现纳米化可以在保持结构不变的基础上增强反铁磁材料的磁性。所以把纳米技术引入到多铁性材料的研究中来,一方面可以增强很多反铁磁性的多铁性材料的磁性,进而获得更大的磁电耦合效应；另一方面,可能会出现一些新的物理现象,可以让人们对磁电耦合效应的理解和调控进入一个全新的层次。不过,多铁性材料多为多元的复杂氧化物,高质量的纳米晶体生长比较难以调控,相关的物性研究更是还处于初级阶段。针对上述问题,本论文主要研究了水热法生长高质量的铁酸铋纳米晶体和具有多铁性的新型纳米材料,系统研究了它们在纳米化后的磁学特性,比如自旋团簇玻璃态的动力学行为和交换偏置效应。此外,论文最后还对非典型磁电材料的磁介电特性进行了深入的研究。论文内容共分为五章,每章的主要内容分别概括如下：第一章综述了单相磁电多铁性材料的研究进展,其中重点介绍了铁酸铋的基本特性和相关研究,然后介绍了多铁性材料中的磁介电效应和与之相关的各个材料体系,最后介绍了多铁性纳米材料的相关研究,并根据以上几个方面给出了当前研究中存在的一些问题。第二章提出了一种水热法合成铁酸铋纳米晶粒的途径,首次系统研究了铁酸铋纳米晶粒的自旋团簇玻璃态的动力学行为。相比于传统的固相反应法,水热法可以大大降低铁酸铋的成相温度,得到高质量、纯相的铁酸铋纳米晶粒。通过多种表征手段得到纳米晶粒的平均直径约为170nm,反铁磁转变温度为640K,铁电转变温度为1064K。通过测量BiFeO3内米晶粒在不同交流磁场频率和不同直流磁场大小下的交流磁化率随温度依赖关系,研究其磁动力学行为。利用不同的动力学方程对结果进行拟合,确认了铁酸铋纳米晶粒在低温下存在一个自旋团簇玻璃转变,这一转变的出现很可能与铁酸铋在纳米化后出现的大量未补偿自旋有关。第三章系统研究了铁酸铋纳米晶粒的交换偏置效应。通过研究发现,铁酸铋纳米晶粒在2K到300K的温度范围内都存在交换偏置效应,且交换偏置场大小和温度之间具有非单调的依赖关系。其中,铁酸铋纳米晶粒在其自旋团簇玻璃转变温度以上的交换偏置效应非常特别,因为在其他自旋玻璃态的磁性纳米体系中的交换偏置效应会在此温度以上消失。针对这个问题,我们分别用随机场模型和2D-DAFF模型(two-dimensional diluted antiferromagnet in a field model)予以解释,并且同时给出了铁酸铋纳米晶粒中存在2D-DAFF的实验证据。第四章利用水热法合成了一种新型室温多铁性材料Bi5Fe2O10o.5单晶纳米带。通过结构分析,发现Bi5Fe2O10.5内米带同构于高温超导体Bi2Sr2CaCu208+δ,并存在一个波矢为q*=(0,0.25,1)的公度的调制结构。因此,Bi5Fe2O10.5内米带在c轴方向上由结构上类似BiFeO3的钙钛矿层和绝缘性好的[Bi2O2]2+盐岩层交替排列而成,具有天然的磁电一介电超晶格结构。最重要的是,室温下在Bi5Fe2O10.5纳米带中发现了同时存在的磁性和铁电性,而巨大的磁介电效应表明其内部可能存在着磁有序和铁电有序的相互耦合。Bi5Fe2O10.5纳米带的设计与水热合成为探索新型的单相多铁性材料提供有益的帮助。第五章系统研究了LaMn1-xFexO3(0.1≤x≤0.5)体系在外磁场和外电场作用下的介电响应。在x≤0.2的样品里观察到了显著的低场磁介电效应,并且随着Fe含量的增加,磁介电效应消失。同时,所有的样品都表现出了巨介电常数,且介电常数随外加偏置电场增大而减小。我们通过研究发现上述现象是由Maxwell-Wagner效应引起的。值得注意的是,在x=0.2的样品高频测量结果里发现了本征的磁介电效应,暗示了这一体系内可能存在内禀的磁电耦合效应。