磁性隧道结作为一类自旋电子器件已被成功应用于信息存储等领域中。在磁性隧道结器件设计中,势垒层材料的选择对其性能有重要的影响。传统的氧化物势垒层存在界面光滑度低、制备工艺复杂、成本较高等缺陷。与之相比,近年来新兴的二维材料易制备且不存在表面悬键,可以克服以上缺陷。因此,二维材料势垒层磁性隧道结逐渐得到了人们的关注。在典型的二维材料中,MoS2具有特殊的能带结构:其带隙大小可由原子层数来调节。如果将MoS2作为磁性隧道结的势垒层,其带隙可调谐性使得MoS2势垒层磁性隧道结展现出了丰富的物理特性。特别地,实验发现MoS2势垒层磁性隧道结具有复杂的温度特性和偏压特性,亟需在理论上给予解释。为此,本文基于光学衍射方法构建了适用于单晶MoS2势垒层磁性隧道结的理论模型。该理论模型不仅考虑了单晶势垒层带来的隧穿电子相干性,还计入了MoS2的带隙可调谐性对隧穿磁阻效应的影响。进一步地,利用该理论模型,本文研究了MoS2势垒层磁性隧道结的偏压特性和温度特性。主要研究成果如下:1.本文研究了普通铁磁电极情形下MoS2势垒层磁性隧道结的偏压特性。研究结果表明:由于MoS2势垒层周期势会对隧穿电子波带来相干衍射影响,致使其隧穿电导以及TMR均存在随偏压振荡的现象,且振荡周期会随MoS2势垒层层数的增加而减小。此外,平行态电导GP的隧穿电子波在低偏压区域不再是振荡型的,而是阻尼型的,进而导致GP在该区域内随偏压是非振荡的。该区域的宽度随MoS2势垒层层数的增加而减小。2.本文研究了普通铁磁电极情形下MoS2势垒层磁性隧道结的温度特性。研究结果表明:不同偏压下,平行态电导GP、反平行态电导GAP以及TMR既可能随温度单调递增,也可能随温度单调递减,甚至随温度非单调变化。这种复杂的温度依赖关系来源于隧穿电导和TMR与v（Kh）的依赖关系,即它们均会随v（Kh）而振荡。由于在本文的理论模型中,v（Kh）是温度T的函数,所以对隧穿电导和TMR随温度的变化本质上是随v（Kh）的变化。当前的温度变化范围对应于较窄的v（Kh）区间,在隧穿电导和TMR随v（Kh）振荡的曲线上,该区间可能处于单调递增的区域,也可能处于单调递减的区域,甚至处于非单调变化的区域。3.本文研究了半金属铁磁电极情形下MoS2势垒层磁性隧道结的偏压特性和温度特性。研究结果表明:对于半金属铁磁电极情形,当v（Kh）+e V0＞Δ–μ时,TMR是有限的,当v（Kh）+e V0＜Δ–μ时,TMR趋向于无穷大,即存在TMR临界现象。对于单层和双层MoS2势垒层磁性隧道结,由于v（Kh）较大,v（Kh）+e V0恒大于Δ–μ,所以不存在TMR临界现象;三层和五层MoS2势垒层磁性隧道结的v（Kh）较小,因此存在TMR临界现象。此外,与普通铁磁电极情形不同的是,由于铁磁电极的半金属性破坏了隧穿电子波的振荡特性,当v（Kh）+e V0＞Δ–μ时,反平行态电导GAP不再随偏压或温度振荡,而随偏压或温度单调递增。4.本文研究了普通铁磁电极情形和半金属铁磁电极情形下,MoS2势垒层磁性隧道结的温度-偏压相图。研究结果表明:普通铁磁电极情形下,单层和三层MoS2势垒层磁性隧道结均适合应用于低温器件中。其中,单层MoS2势垒层磁性隧道结在高功率工作环境下具有更优异的性能。双层MoS2势垒层磁性隧道结的优化区域位于室温和低偏压下,因此其适合实际应用于信息存储以及传感器领域。通过调节铁磁电极参数Δ可使五层MoS2势垒层磁性隧道结工作在较宽的功率范围内;半金属铁磁电极情形下,MoS2势垒层磁性隧道结的TMR优化区域均位于低温低偏压区域,且优化区域的TMR值远大于普通铁磁电极情形。