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近年来，垂直磁隧道结由于在磁记录、磁随机存储器、微波探测器以及磁敏传感器等方面的广阔应用前景引起人们广泛的关注。其中由单质Fe或者FeCo基合金与单晶MgO(001)结合形成的垂直磁隧道结具有高隧穿磁电阻、高热稳定性、低临界翻转电流的优点，是人们研究的重点。虽然大量的研究取得了丰硕的成果，但是横亘在FeCo/MgO隧道结应用之前的一个重要问题是铁磁层的垂直各向异性难以在较高厚度下保持，提高了材料制备工艺的难度。为此，本文拟研究Fe/MgO中垂直磁各向异性随Fe厚度变化的内在机制，通过优化Fe、Co比例使FeCo/MgO在铁磁层厚度增加时仍保持较强的垂直磁各向异性，主要内容包括: (1)利用VASP(Vienna Ab-initio Simulation Package)软件研究了Fe/MgO结构的垂直磁各向异性与Fe原子层数的关系。构建了包含一至四层Fe原子的四个模型，发现随着Fe原子层数的增加，铁磁层的垂直磁各向异性急剧减弱，这与其他研究者的实验结果是一致的。探讨了Fe厚度变化时界面处Fe-O杂化和铁磁层3d轨道的改变，以及各层Fe原子对垂直各向异性的贡献，认为垂直磁各向异性减弱的原因是界面Fe原子正作用的减弱以及内层Fe原子负作用的增强，为调控Fe/MgO的垂直磁各向异性提供理论基础。 (2)研究比较了Fe/MgO、Fe12Co4/MgO、Fe10Co6/MgO和Fe8Co8/MgO四种不同Fe、Co比例结构的垂直磁各向异性，发现随着Co原子比例的增加，垂直磁各向异性能先增大后减小，在Fe12Co4/MgO中达到最大值7.1meV，近乎是Fe/MgO的两倍，而在Fe8Co8/MgO中变为负值。借助二次微扰理论分析了四种结构中界面处Fe、Co原子对垂直磁各向异性的贡献，并通过差分电荷密度图直观地对比了Fe、Co原子3d轨道的变化。分析发现，Fe12Co4/MgO中垂直磁各向异性的增强主要来源于界面Fe、Co原子3d轨道态密度在费米能级附近的优化组合，而在Fe10Co6/MgO中垂直磁各向异性的减弱主要来自于界面处Co-dxy轨道占有率的提高。因此通过加入适量的Co原子可以调控铁磁金属界面处的3d轨道态密度，从而优化垂直磁各向异性。