人工神经网络可以执行类脑计算,并有望打破冯·诺依曼计算机体系架构,实现具有更低功耗、更高速度的存算一体技术。根据生物神经系统的启发,人工神经网络包含两类单元器件:人工突触与神经元器件。类似于突触可塑性,人工突触要求器件的电阻连续可调。人工神经元则要求器件为具有阈值效应的二值器件。特别地,概率神经元,或被称为概率比特,介于量子比特和经典比特之间,可以用于构建随机神经网络,以解决整数分解、可逆逻辑等传统电路无法直接解决的问题。自旋轨道力矩器件作为一个新兴的非易失阈值器件,具有翻转速度快、功耗低、稳定性好、耐久度高等优势。研究表明,自旋轨道力矩在翻转多畴铁磁薄膜的过程是一个渐变的过程,而在无外磁场辅助的情况下翻转单畴铁磁体时表现为随机翻转。因此,利用自旋轨道力矩器件,有望在同一材料体系中同时实现电阻连续可调的人工突触器件,以及翻转概率可调的概率神经元器件。然而,基于自旋轨道力矩的人工突触器件在实验上的验证还鲜有报道,无需减弱器件各向异性的概率神经元器件也几乎是个空白。基于此,本文研究了自旋轨道力矩对多畴器件和具有单畴翻转行为的器件的翻转过程的调控作用,并提出了基于自旋轨道力矩的人工突触及概率神经元器件。首先,在具有多畴结构的垂直磁化膜Ta/Co Fe B/Mg O中,分别从原理设计、微磁学模拟和实验验证三个方面研究了平面磁场诱导的多态翻转行为。向器件施加电流密度高于3.5 MA/cm~2的写电流后,器件中央会形成一个沿电流方向的磁畴壁。自旋轨道力矩的大小将影响磁畴壁的位置。在电流固定的情况下,自旋轨道力矩的大小受平面磁场的调控。使用磁光克尔显微镜和反常霍尔效应测试系统分别得到了器件在不同平面磁场（±20 Oe以内）下不同的畴壁位置以及多个分立的反常霍尔电阻值,并实现了无需初始化的状态转换。其次,在具有多畴结构的垂直磁化膜Ta（W）/Co Fe B/Mg O中,根据电流对自旋轨道力矩的调控作用,研究了电流诱导的类突触行为。在恒定的平面磁场（50 Oe）下,电流通过自旋轨道力矩可以影响畴壁的移动速度,并且造成反常霍尔电阻发生准连续的变化,实现了忆阻器电阻连续可调的特征。结合磁光克尔显微镜,研究了畴壁移动速度大小与电流的关系。向器件施加正负电压脉冲对,通过控制磁场方向,在同一器件中同时实现了STDP和anti-STDP的学习规则。最后,在具有单畴翻转行为的垂直磁化膜Ta/Co Fe B/Mg O中,根据平面磁场和电流对自旋轨道力矩有效场的调控作用,研究了磁场和电流对翻转概率的影响,并实现了概率神经元器件以及基于随机翻转的可重构物理不可克隆函数。向具有单畴翻转行为的器件施加电流密度高于5.8 MA/cm~2的写电流后,Co Fe B的磁化方向将在自旋轨道力矩的作用下发生随机翻转。翻转概率会受到自旋轨道力矩的调控,而自旋轨道力矩由平面磁场和电流共同决定,因此可以分别实现磁场诱导和电流诱导的概率神经元器件。随后,利用工作在50%翻转概率下的器件组成的阵列,构建了可重构物理不可克隆函数。并评估了该可重构物理不可克隆函数的片间汉明距离、重构间汉明距离以及重构间的相关系数。