自旋转移矩效应提供了一种无需外加磁场、仅依靠电流来调控磁性薄膜磁化方向的新方法,可以应用在磁性随机存储器、高频微波振荡器-自旋转矩纳米振荡器等微纳器件。特别是,自旋转矩纳米振荡器具有结构简单、尺寸小、振荡频率高等优点,因而在高密度微波信号处理、无线通信、微波辅助磁记录、高速磁头传感器等领域具有广阔的应用前景。但是,在其实际应用中,还有一些关键问题尚未解决。例如工作条件优化,外加磁场的消除,振荡器输出功率的提高。为了提高其输出功率,实验上制备了一种自由层磁矩垂直于面内,固定层磁矩沿着面内的自旋纳米振荡器,如果考虑到阻抗匹配,最大输出功率在微瓦量级,基本满足实际应用。但不幸的是需要一个外加磁场的作用。本论文将基于Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski(LLGS)方程,理论上研究了由磁矩垂直于膜面的自由层和磁矩平行于膜面的固定层组成的自旋转矩振荡器的振荡特性。重点研究了二阶垂直各向异性、类场自旋转移矩、面内形状各向异性对其振荡特性的影响。研究的结果如下:1.研究了由磁矩垂直于膜面的自由层和磁矩平行于膜面的固定层组成的自旋转矩纳米振荡器的振荡特性。根据能量平衡原理,即振荡器由自旋转移矩提供的能量和阻尼消耗的能量相等,推导出振荡器振荡的阈值电流、振荡频率的解析表达式。它们分别与自由层的界面各向异性场、饱和磁化强度、提供的外加磁场、极化率参数有关。并证实此振荡器需提供一个垂直于膜面的磁场才能工作。随后利用LLGS方程数值模拟,发现数值模拟和解析分析的结果吻合。2.考虑了自由层二阶垂直各向异性对振荡器的影响,发现当自由层材料具有一定大小的二阶各向异性可以使振荡器在无外加磁场情形下产生振荡。此特性可以用能量平衡方程解释,即二阶垂直各向异性的存在可以导致系统中自旋转移矩提供的能量与阻尼消耗的能量之间的平衡。并根据能量平衡原理推导出振荡器在零场振荡器的阈值电流、截止电流、以及频率随电流变化的表达式。随后利用LLGS方程进行了数值验证。发现数值模拟和解析分析的结果吻合。3.考虑了类场自旋转移矩对振荡器振荡特性的影响。发现类场自旋转移矩在系统能量平衡中起到重要的作用,可以导致没有外加磁场时系统中自旋转移矩提供的能量与阻尼消耗能量之间的平衡。接着根据LLGS方程研究了不同大小类场自旋转移矩效应对零场振荡特性的影响。4.当磁隧道结的形状为椭圆时,引入面内形状各向异性,它可以使振荡器在无外加磁场情形下产生振荡。特别是,面内不同形状的各向异性能对自旋转矩振荡器振荡特性具有重要的影响。例如,当椭圆长轴和短轴之比增大时,面内的形状各向异性能将增大,此时,虽然振荡器的阈值电流基本保持不变,但其电流可操控范围将增大,并且在相同电流下其产生微波信号的频率也将增大。因此,可以通过改变自旋转矩振荡器膜面的形状调节其振荡特性。此外,结合能量平衡方程,在理论上证明了引入面内形状各向异性能对振荡器实现零场振荡的必要性。并推导出振荡器振荡的阈值电流、截止电流的表达式。