随着信息时代的高速进步,人们对数据存储器的要求也越来越高,传统的半导体存储器逐渐满足不了人们的需要。磁随机存储器,由于读写速度快、存储密度高、非易失、低功耗和高稳定性等优越性能逐渐跻身于商业市场的核心地位。目前在众多磁存储器中,最具发展前景的是基于自旋轨道矩的磁随机存储器。自旋轨道矩效应通常指的是在重金属/铁磁金属体系中,电流经过重金属时,由于自旋轨道耦合效应,会在垂直于电流方向上会产生自旋流注入到磁性层,对磁性层磁矩施加力矩的作用,在面内辅助磁场的作用下可以实现磁性层的确定性翻转。自旋电子学未来的发展目标之一就是实现用全电流或者电场来控制磁矩状态。一方面,虽然在（Ga,Mn）As、CuMnAs、Mn2Au等具有局域非对称结构的磁性单层膜中已报道自旋轨道矩引起的磁化翻转,但是如何在具有中心反演对称结构的单层铁磁金属中利用电流产生自旋轨道矩驱动磁化翻转仍是一个重大挑战。另一方面,尽管在垂直磁化的重金属/铁磁金属体系里自旋轨道矩驱动的磁化翻转已经得到了广泛研究,但是需有一个外加面内磁场打破体系的对称性,才能获得确定性的磁化翻转。外加磁场的存在既会增加器件的复杂程度,又会降低磁性材料的稳定性,影响器件性能,极大地限制了自旋轨道矩效应在器件方面的应用。为了克服外加磁场的限制,研究者已经探索出利用楔形膜结构、层间交换耦合效应、反铁磁钉扎效应以及倾斜磁各向异性等方法来代替面内辅助磁场的作用,实现零磁场下磁性层的确定性翻转。此外,有报道指出利用自旋霍尔角符号相反的双层重金属产生竞争自旋流也能实现零磁场下电流驱动的磁化翻转,不过一些人认为这种结构里能实现零磁场下的磁化翻转是由倾斜溅射重金属层造成的,竞争自旋流对磁化翻转的影响还存在一些争议。针对以上情况,本论文主要研究了以下三方面的内容:第一,我们利用磁控溅射仪,通过交替溅射几个原子层厚度的Co和Pt的方式,成功制备了垂直磁化的PtCo合金单层膜。在PtCo合金中沿垂直方向引入成分梯度能打破材料的中心反演对称性,可以在PtCo铁磁合金单层膜中利用体自旋轨道耦合产生非平衡自旋流,进而在沿电流方向很小的辅助磁场Hx=100 Oe作用下,实现电流可控的磁化翻转。我们利用磁光克尔显微镜观测了此薄膜样品的磁化翻转过程,结果显示磁性层的磁化翻转是通过畴壁移动来完成的。此外,我们通过一次和二次谐波测量定量表征了作用到磁畴上的自旋轨道矩等效场分别为HL≈5.0 Oe per 107A/cm2,HT≈3.0 Oe per 107 A/cm2,并且计算得到了PtCo合金单层膜的自旋霍尔角约为0.011。在PtCo铁磁合金单层膜中实现电流驱动的磁化翻转,而不需要额外的重金属层提供自旋流,这可以提高器件设计的灵活性,促进多功能自旋电子器件的发展。第二,我们制备了垂直磁化的Ru/Ta/PtCo/MgO磁性异质结,其中Ta具有负的自旋霍尔角,而PtCo合金具有正的自旋霍尔角,两者产生的自旋流存在竞争关系。我们通过改变Ta的厚度研究了竞争自旋流对磁化翻转的影响,结果表明随着Ta厚度的增大,磁化翻转曲线的方向发生改变,并且当体系中自旋流相互抵消时,我们未观察到电流驱动的磁化翻转行为。此外我们测试了Ru（2.0nm）/Ta（2.0nm）/PtCo（3.3nm）/MgO（2.0nm）样品的一次和二次谐波电压,得到了作用到磁畴上的自旋轨道矩等效场分别为HL≈8.1 Oeper 107A/cm2,HT≈-1.9 Oe per 107A/cm2,样品的自旋霍尔角为-0.021。利用自旋霍尔角不同的材料产生竞争自旋流,可以实现对自旋轨道矩磁化翻转的有效调控,为器件的研发提供了新思路。第三,在Ru/Ta/PtCo/MgO磁性异质结中,将Ta层倾斜溅射,利用样品制备过程引入的结构非对称性,实现了零磁场下自旋轨道矩引起的磁化翻转。磁滞回线及反常霍尔电阻测量均显示此样品具有垂直磁各向异性;不同辅助磁场下样品中电流驱动磁化翻转的实验结果显示反常霍尔电阻差随着磁场的增大表现出先增大后减小的规律。