1996年自旋转移矩效应的发现标志着自旋电子学的重大进步。这一发现深化了人们对磁系统中电子输运性质和磁化状态之间关联的理解。自旋转移矩效应正在更新传统的磁化理论，因为在亚微米尺寸磁系统中，自旋转移矩的磁化效应远大于电流产生的附加磁场的磁化效应。考虑到器件的不断微型化，自旋转移矩效应拥有巨大的应用前景。微磁结构例如磁畴和磁畴壁是传统存储技术的重要元素，并且可能在未来的应用中占有重要地位。自旋转移矩效应的存在使得电流对磁系统的操控成为现实，在新型、高性能的非挥发性存取存储、硬盘存储、纳米振荡器、甚至逻辑电路中具有重大的应用潜力。为了实现这些应用还要开展很多基础研究工作。自旋波是磁系统中最基本的激发模式，有希望应用于低能耗的信息处理器件，但是仍有很多基本问题有待解决。这些事实是本论文研究工作的直接原因。本文研究了多层膜结构中铁酸铋薄膜的磁性，还研究了另一种具有非共线磁结构的材料—β相二氧化锰。主要研究结果如下：　　 ⑴垂直注入的自旋极化电流作用下磁反涡旋的自旋动力学。系统研究了自旋极化电流作用下磁性反涡旋的动力学行为，揭示了反涡旋核的两种激发模式：螺线进动模式和翻转模式，前者对应较低的激发电流，后者对应较高的激发电流，即存在一个阈值电流。螺线进动可以用Thiele方程加以描述，该方程说明了螺线轨道的畸变，轨道畸变归因于样品边界处出现的磁结构，它们的出现改变了原有的回复力。螺线进动模式的末态为畴壁态或者涡旋态，决定于激发电流密度。螺线进动的频率依赖于样品的几何尺寸。在临界半径以内，偏离中心的反涡旋可以通过驰豫回归平衡位置，即样品中心。对于翻转模式，反涡旋极性翻转的时间尺度约200 ps，翻转事件通过两个布洛赫点的原位注入、传播和湮灭来实现，而不是通过著名的涡旋—反涡旋对的产生和湮灭来实现。布洛赫点的注入起源于四重圆涡旋阵列的压缩。对于不同的激发电流，随着电流密度的降低翻转时间逐渐延长。当反涡旋极性翻转后，撤除外激发电流，发生翻转事件的系统会驰豫至平衡态，平衡态的磁结构取决于激发参数，即电流密度。　　 ⑵核壳磁圆盘中的受迫磁涡旋及其自旋极化电流作用下的极性翻转动力学。提出了—种由软磁圆环和嵌套在其中心的硬磁圆柱构成的核壳结构的磁圆盘。由于能量的重新分布，硬磁圆柱上会形成一个受迫磁涡旋。研究了电流作用下受迫磁涡旋的动力学，发现由于限制效应，涡旋核的螺线进动受到抑制，并且核的翻转事件不经过涡旋—反涡旋对的调制完成，而是通过一个传播的布洛赫点的辅助完成。依赖于电流密度，这种布洛赫点调制的翻转过程呈现不同的模式(A-模式、B-模式和C-模式)。因模式转化，翻转时间随电流密度非单调变化。对于直径为80 nm的圆盘，A-模式给出非常“干净”的翻转过程。　　 ⑶垂直注入的自旋极化电流对自旋波传播特性的调控。通过理论分析和数值模拟研究了垂直注入线状自旋阀的电流对自由层中自旋波的传播特性的调制。理论分析表明，Slonczewski自旋转移矩可以引起自旋波多普勒效应并调控自旋波的衰减，而类场自旋矩贡献很小以至可以忽略不计。微磁模拟证实了以上理论预测，并且表明过阈值电流作用下自旋波不稳定。通过局域的独立电流可以选择性地调制自旋波的衰减。　　 ⑷BiFeO3和MnO2薄膜磁性的研究。①三层Bi3.25La0.75Ti3O12/BiFeO3/Bi3.25La0.75Ti3O12结构中BiFeO3的磁性。利用化学溶液沉积法在(111)Pt/Ti/SiO2/Si衬底上成功制备了BLT/BFO/BLT三层膜。相对于单层BFO薄膜，三层膜呈现减弱的铁磁性和降低的磁化强度，这是因为氧空位受到抑制，使得BFO中磁矩间的倾斜角减小和双交换相互作用减弱。在5 K的温度，BLT/BFO/BLT三层膜的饱和磁化强度为18 emu/cm3；在300 K，其值为3.6 emu/cm3。三层膜中的应变没有显著增强三层膜的磁化强度。在整个频率范围，三层膜具有良好的介电特性。②等离子体辅助分子束外延生长的MnO2薄膜的磁性。利用等离子体辅助分子束外延技术在(001)LaAlO3和(001)MgO衬底上生长了单晶β-MnO2薄膜。XPS和Raman光谱表明薄膜为β-MnO2，其中Mn3+和Mn4+共存。磁性测试结果表明薄膜不仅在5 K表现出铁磁性，在室温下也具有铁磁性；在5 K温度下，两种衬底上的薄膜具有不同的低场磁滞回线。磁性的起源有两个方面：首先，晶格形变改变了原子间距，进而破坏了三个交换相互作用项之间原有的平衡，使螺旋磁结构达到新的平衡态；其次，混价离子的共存产生了新的交换相互作用，导致了铁磁性的出现。