磁skyrmion是一种具有拓扑保护性质的自旋结构。由于其本身独特的优点,近年来磁skyrmion被证明在赛道存储器和自旋纳米振荡器等自旋电子器件当中有极大的应用潜力。然而在这些自旋电子器件商业应用之前仍旧存在很多需要解决的问题。本文通过微磁学手段研究了磁skyrmion的动力学过程,并提出了一系列方法来优化其在赛道存储器以及自旋纳米振荡器上的应用。除此之外,还对比研究了磁畴壁和磁涡旋的静态性质以及动力学过程。关于赛道存储器的研究,因为面内360度畴壁有着较好的防磁场干扰的能力,所以我们在第三章研究了Dzyaloshinskii-Moriya interaction(DMI)对电流驱动的360度畴壁运动的影响。结果发现DMI存在时,360度畴壁的最大临界速度提高了19.87%,并且畴壁更容易通过缺陷钉扎。相比于磁畴壁来说,磁skyrmions作为赛道存储器的存储单元有着尺寸小、稳定性高和低驱动电流密度的优点,所以在第四章我们研究了电流驱动的四种类型skyrmions运动,发现除了Twisted skyrmion在一定条件下可以避免skyrmion霍尔效应外,其它三种类型skyrmions在自旋转矩效应或自旋霍尔效应的驱动下均会偏离传导电流的方向,这限制了skyrmions在赛道存储器上的应用。因此我们提出了两种办法:一种方法是提高纳米带边界的垂直各向异性作为势垒,结果发现skyrmion的最大运动速度提高了2.7倍以上;另一种方法是将铁磁类型skyrmions用反铁磁类型skyrmions来代替,因为反铁磁skyrmions的拓扑数为零,所以反铁磁skyrmions在自旋霍尔效应的驱动下不会发生偏转,并且反铁磁skyrmions在相同的电流密度下有着更快的运动速度。关于自旋纳米振荡器的研究,早期研究发现磁skyrmions在垂直极化电流的驱动下可以在纳米圆盘中做旋转运动,进而可以应用于自旋纳米振荡器。在第五章,我们首先研究了垂直外磁场对基于skyrmion自旋纳米振荡器的影响,结果发现垂直磁场的存在使得自旋纳米振荡器的频率从兆赫兹提高到吉赫兹。当在基于skyrmion自旋纳米振荡器中加入环形凹槽后,其振荡器频率可调性进一步提高到十几个吉赫兹。以上两种情况频率可调性的增加均是因为提高了skyrmion的势。然而目前限制自旋纳米振荡器商业应用的最大原因是其低的输出功率,因此我们提出了一种哑铃状自旋纳米振荡器,这种自旋纳米振荡器的原理是基于桥梁中畴壁和纳米圆盘中skyrmions的排斥作用。在此基础上自旋纳米振荡器可以被大规模的集成为阵列,进而有望大幅度提高其总输出功率。与自旋极化电流相比,微波磁场或静态磁场在调控磁性材料的磁化分布时可以避免焦耳热的产生。因此在第六章我们首先研究了纳米圆盘中skyrmions在面内微波磁场下的拓扑运动,发现微波磁场的频率、相位和振幅分别影响skyrmion的旋转模式、轨迹尺寸和偏离中心过程。随后我们研究了skyrmion晶格阵列在静态磁场下的形成和极性翻转过程。最后,我们研究了等腰三角形结构中双磁涡旋的静态性质和铁磁共振,发现两个涡旋核的共振频率在面内磁场的作用下发生频移。