具有高垂直磁各向异性(PMA),大隧穿磁电阻(TMR)的垂直磁性隧道结(P-MTJ)材料是保证磁性随机存储器(MRAM)不断发展的基础。在以自旋转移力矩(ST)和P-MTJ为核心的ST-MRAM日益成熟的今天,如何进一步提高磁化翻转速度以及如何降低能耗是MRAM发展的不懈追求,同时结合自旋轨道力矩(SOT)和P-MTJ的SOT-MRAM和斯格明子(Skyrmion)的研究也是未来信息存储发展的新方向。关于自旋阀结构中铁磁层在磁化翻转过程中的动力学研究也是目前的一个很有活力的研究方向。本论文围绕新型垂直各向异性材料的探索及其自旋状态的调控开展研究工作,主要结果如下:(1)利用磁控溅射的方法制备Mo/FeNiB/MgO异质结构薄膜及其倒置结构MgO/FeNiB/Mo薄膜,FeNiB厚度在一定的厚度范围内均表现出大的PMA,且异质结具有高的热稳定性。在Mo/FeNiB(1.2 nm)/MgO和MgO/FeNiB(1.5 nm)/Mo中,经400℃真空退火后其有效PMA场约为5 kOe,保证了良好的自发垂直磁化,可与CoFeB/MgO体系相媲美。值得注意的是,无论是在连续薄膜还是微加工后的器件中,垂直磁化的FeNiB层矫顽力,都比对应结构的CoFeB层的矫顽力小一个数量级。我们制作了核心结构为Mo/FeNiB/MgO/CoFeB/Mo的赝自旋阀结构的垂直磁隧道结,其在室温下TMR为113%,5K时为221%。这些结果表明,Mo/FeNiB/MgO异质结可以作为开发下一代自旋电子器件核心单元的候选材料。(2)利用磁控溅射制备一系列具有垂直磁各向异性的Pt/WB/FeNiB/MgO多层膜。样品经过350℃退火后,垂直各向异性场大于4000Oe。随后,在异质结中,分别利用直流和脉冲电流的方法实现FeNiB的磁化翻转;当外加面内辅助场为200 Oe时,实现磁化翻转的临界电流密度约为1.6×107 A/cm2,该数值和垂直磁化CoFeB/MgO的结果相接近。利用二次谐波的测量方式研究发现其磁化翻转主要由类阻尼力矩主导。(3)多层结构中的磁性skyrmions由于其尺寸小、抗扰动能力强、电流驱动的可移动性高以及与现有自旋电子技术相兼容等优点被认为是下一代存储的一个新的方向。我们系统地研究了在具有垂直磁各向异性的Mo/FeNiB/MgO多层膜结构中Neel型磁性skyrmion的产生过程,在这些结构中,随着FeNiB层厚度的增加,磁性各向异性从PMA向平面内磁各向异性(IPA)不断变化。通过调节外加磁场和外加电场,可以在该材料体系中获得稳定的高密度的skyrmions。该材料的发现拓宽了关于Skyrmion新材料的探索,有利于促进基于skyrmions的自旋电子器件的发展。(4)在具有较大交换偏置的自旋阀结构IrMn/CoFe/Cu/CoFeB中,通过不同磁场条件下的扫频铁磁共振研究了自由层CoFeB的磁阻尼特性。发现CoFeB层的阻尼系数在两个磁层的平行和反平行结构之间没有差异,这与理论预测一致;但是在钉扎层CoFe磁化翻转的中间态,观察到自由层的有效阻尼系数的显著提高,从0.012增加到0.029。这种显著的增强,明显地超过了泵浦自旋流的影响,主要是由于钉扎层CoFe在磁化翻转过程中磁畴壁产生的杂散场引起自由层CoFeB共振线宽的不均匀展宽和/或双磁振子散射所致。同时,由于畴壁的耦合作用,共振峰的频移也被观察到。我们的结果证实了钉扎层畴壁诱导耦合对自旋阀磁阻尼的显著影响,在讨论异质结中非局域自旋输运诱导的阻尼时应适当排除这一影响。该结论同样适用于IrMn/CoFe/Ta/CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结。