数据存储器件是铁磁材料的主要应用方向之一。目前基于铁磁材料的数据存储器件主要有两类,分别是较为通用的硬盘驱动器(hard disk drive,HDD)和近年来快速发展的磁性随机存储器(magnetic random-access memory,MRAM)。两类器件的特性均可通过LandauLifshitz-Gilbert-Slonczewski(LLGS)微分方程及微磁学理论进行分析预测。因此,展开相关的数值模拟研究对于把握器件特性、了解关键参数之间的消涨关系以及设计验证先进方案均具有重要意义。基于以上研究现状,本文结合微磁模拟与有限元电磁场分析对HDD与MRAM这两类数据存储器件的特性进行了数值模拟分析,主要的研究内容和所得结论如下:(1)根据微磁学理论与微分方程数值求解方法开发了基于有限差分法的微磁模拟程序Micromag。这部分内容首先介绍了LLGS微分方程中涉及的等效力矩、自由能以及相应的有效场,并给出了有限差分的离散表达式。随后推导Micromag中具体求解的分量形式的LLGS微分方程组,并对适用的数值方法进行比较。最后,基于微磁学标准问题#2和#4对程序的计算结果进行了验证和分析。该部分研究内容是后续研究的主要理论工具之一。(2)结合微磁模拟、有限元电磁场分析与响应面法,提出一种用于磁记录写入性能综合分析优化的方法。该方法通过二阶多项式模型直观反映磁记录系统多个设计参数对响应目标的综合影响。在此基础上,通过两组中心组合设计分析了瓦片式磁记录中写头的横向屏蔽间隙宽度、纵向屏蔽间隙宽度、屏蔽槽深度以及存储介质各向异性能密度对有效写场梯度的综合影响。分析结果表明:有效写场梯度主要受到纵向屏蔽间隙宽度与介质各向异性能密度的影响,其次受到横向屏蔽间隙宽度的影响,不受屏蔽槽深度的影响。此外,纵向屏蔽间隙宽度与介质各向异性能密度产生的影响具有较强的相关性。该部分研究说明了进行磁记录系统写入性能综合分析的必要性。(3)结合LLGS微分方程的解析分析,宏自旋模型与微磁模型对平面结构的由自旋轨道矩(spin orbit torque,SOT)驱动的MRAM的主要性能指标,如阈值电流密度、热稳定性以及自旋转移效率对单元几何结构的依赖特性进行分析。首先,通过LLGS微分方程的解析分析得到了决定自由层磁矩动态特性的阈值电流密度的表达式;随后,通过引入椭圆薄膜磁体的退磁因子建立了阈值电流密度关于单元几何结构的解析模型,进一步通过与宏自旋模型、微磁模型的对比验证了其正确性。在此基础上,从理论角度研究了基于CoFeB/MgO/CoFe B/W结构的平面SOT-MRAM单元的关键性能指标对单元几何结构的依赖特性。分析结果表明:单元自由层长轴长度与不稳定阈值电流密度以及反转阈值电流密度呈非线性相关趋势,与热稳定性呈线性相关趋势;平面SOT-MRAM单元的最优椭圆率约为3,与以往的经验性结论相吻合。(4)提出一种利用层间反铁磁耦合作用的垂直SOT-MRAM方案。存储单元的基本结构为垂直磁性隧道结/重金属层/铁磁辅助层,其中磁性隧道结的自由层与重金属层相邻,并通过层间交换作用与铁磁辅助层相互耦合。该单元的磁矩反转由惯性驱动,并且在不同宽度的电流脉冲激励下呈现出独特而丰富的反转特性。通过充分利用自旋霍尔效应产生的自旋流与层间反铁磁耦合作用,该方案能够在无外加磁场的条件下实现数十皮秒的超快磁矩反转,同时有效提升单元的热稳定性。基于耦合的双宏自旋模型与微磁模型对存储单元的阈值写入电流、写入时间、热稳定性进行分析,并提出存储器件对单元结构以及材料属性的要求。