在高速发展的信息化时代,大量的信息与数据需要被处理和保存,因此人们希望信息存储器件的存储密度更高、容量更大、存取速度更快、成本更低并且更加微小型化。基于自旋转移矩的磁性随机存储器(Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory,STT-MRAM)依靠电流实现磁化翻转进而实现信息的存储,有快速写入、非易失性、可无限擦写等优点,有望成为第二代通用存储器。相比STT-MRAM,基于自旋轨道矩的磁性随机存储器(Spin Orbit Torque Magnetoresistance Access Memory,SOT-MRAM)因其更快的写入速度、更低的写入电流、更好的兼容性等优点,成为目前自旋电子学与磁信息存储领域研究的热点。目前,SOT驱动磁化翻转的物理机制仍然没有完全理清,磁化翻转所需的临界电流也需要进一步的降低。本论文主要研究了Pt/[Co/Ni]_n/多层中的SOT驱动的磁化翻转过程,通过对SOT及界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(Dzyaloshinskii-Moriya Interaction,DMI)有效场的测量,得到了这一体系中影响SOT驱动磁化翻转的关键因素;并且在[Co/Ni]_n/IrMn结构中通过反铁磁层的交换偏置(Exchange Bias,EB)效应实现了零场下的部分翻转行为,最后对这一体系中双偏置回线行为进行了解释,具体内容如下:(1)研究了Pt/[Co/Ni]_n结构中的覆盖层材料(分别为Ta和Pt)和厚度、磁性层周期数等对SOT驱动磁化翻转的影响。采用脉冲电流实现了SOT驱动的磁化翻转,并且采用反常霍尔曲线偏移法测量所有结构中自旋矩效率和DMI有效场。发现DMI有效值的大小随Co/Ni周期数的增加而变小,而不会随覆盖层Ta的厚度的变化发生明显的变化,说明这一体系中DMI效应主要起源于底层的Pt/Co界面;由于上下界面DMI效应相互抵消,因此当覆盖层为Pt时,DMI大小约为零。此外类阻尼自旋矩效率随Co/Ni周期数的增加而变小,并且当覆盖层为Ta时自旋矩效率较大,而为Pt时自旋矩效率趋于零,证明了类阻尼力矩起源于重金属Ta和Pt的自旋霍尔效应(Spin Hall Effect,SHE)。最后,SOT驱动磁化翻转所需的电流和自旋矩效率的大小正相关,这些结果为优化基于SOT效应的信息存储器件提供了理论基础。(2)根据宏观自旋模型,对于垂直各向异性体系中SOT驱动的磁化翻转需要一个外加磁场来打破对称性,这对于SOT在MRAM中的应用是不利的。我们在Co/Ni磁性层和顶层重金属层之间加入IrMn层,由于磁性层和反铁磁层之间存在交换偏置效应,所以加了IrMn层的薄膜结构中本身有一个交换偏置场,理论上可以实现无场条件下的磁化翻转。本研究课题中通过改变IrMn层的厚度,由于得到的交换偏置场较小(约为几个Oe的量级),仅仅实现了SOT驱动的部分磁化翻转,希望通过后续工作对界面交换偏置的优化,实现无场条件下的电流驱动磁化翻转。(3)在[Co/Ni]_n/IrMn结构中,我们发现当IrMn层的厚度为5 nm以上时薄膜的磁滞回线会出现两步翻转现象。为了探究这一现象出现的原因,我们测了不同薄膜结构的磁力显微镜(Magnetic Force Microscope,MFM)图像,发现两步翻转现象与铁磁层和反铁磁层的分畴相关:加入IrMn层之后,由于铁磁/反铁磁界面的交换耦合,最终在反铁磁层中产生反铁磁畴,不同取向的反铁磁畴会产生不同方向的交换偏置场,导致这一体系中两步翻转的现象。