利用电流产生的自旋轨道力矩驱动磁化翻转,已经在自旋电子学领域引起了广泛关注,因为自旋轨道力矩提供了一种快速、有效地操控磁化的手段。本博士学位论文基于自旋轨道力矩效应,研究了重金属材料以及铁磁材料产生的自旋流,在磁纳米异质结中调控和驱动磁矩翻转,并如何对其输运性质产生影响,具体的研究成果如下:（1）利用两路正交电流的办法,在Pt/Co/MgO垂直体系中实现了自旋向上、自旋向下以及自旋随机态的非易失性写入。通过引入自旋随机态,可以通过电学手段来调控翻转的极性（顺时针或逆时针）,而之前是通过改变磁场方向的方式实现的。而且,利用多畴翻转模型很好地再现了手性可调多态翻转的特征。此外,通过精确控制写入时电流的大小及路径,可以实现自旋向上和自旋向下两个态之间每一个态的写入。（2）在排除反常霍尔效应和各向异性磁电阻效应的影响下,我们运用自旋力矩-铁磁共振的方法,在Y3Fe5O12/NiFe体系研究铁磁材料产生的与磁化无关的自旋流。这个实验的关键点主要在于YIG和NiFe在同一磁场下,共振频率不同,即YIG处于共振模式下,可以探测到由自旋霍尔磁电阻贡献的整流电压,而NiFe不处于共振状态,其各向异性磁电阻不贡献整流电压;其次,在测量过程中,YIG与NiFe的磁矩方向始终保持平行状态,NiFe由于反常霍尔效应产生的自旋流对整流电压并无贡献(YIG×AHE=0)。因此,我们测量得到NiFe产生的与磁化无关的类阻尼SOT效率,其大小相当于Pt的25%,自旋霍尔角符号与Pt相同。（3）以IrMn/CoFeB/W/CoFeB体系为例,两层CoFeB分别具有面内磁各向异性和垂直磁各向异性,研究在驱动垂直CoFeB磁化翻转的过程中,面内CoFeB产生的自旋流与其磁化方向的角度依赖关系。面内CoFeB磁化方向通过自旋霍尔磁电阻及各向异性磁电阻来确定。此外,为了排除不同器件间误差的影响,我们在同一个器件上,利用临界翻转电流和SOT效率两种表征方法,测量了CoFeB产生的自旋流与其磁化方向的依赖关系。发现在SOT翻转过程中,面内CoFeB由反常霍尔效应产生自旋流的贡献可忽略不计,即其SOT效率是磁化无关的,表明在T型结构中,面内铁磁层易轴的最佳方向应平行于电流方向。（4）我们在T型结构中（CoFeB/W/CoFeB）实现了零磁场SOT翻转,并发现其对称破缺场的方向平行于面内铁磁层的磁化方向,与面内铁磁层提供的退磁场方向相反。另外,通过在面内CoFeB和重金属W层中间插了一层2.5 nm厚的绝缘层MgO,用来隔绝面内CoFeB产生的自旋流及两层CoFeB之间的层间耦合,发现在CoFeB/MgO/W/CoFeB体系中,零磁场翻转仍可以实现,表明在我们的CoFeB/W/CoFeB“T”型磁结构的器件中,橘皮效应是零磁场SOT翻转的主要机制,而且我们也通过微磁学模拟的方法证实和重复了这一实验结果。此外,我们利用磁滞回线偏移法测量得到铁磁金属CoFeB的有效自旋霍尔角SH为-0.024,并且发现在SOT翻转过程中,26%自旋流来自于面内CoFeB的贡献。