MRAM具有较低的写入功耗、高速的读写速度和超长的使用寿命,成为了近些年的研究热点。2019年三星、台积电等半导体公司实现了22nm～28nm的STT-MRAM大规模集成工艺,给MRAM系列产品研发注入了前所未有的动力。STT-MRAM的读取和写入电流都需穿过MTJ,提高写入电流密度能够提高写入速度和写入效率,但较高的写入电流不仅会增加存储器的写入功耗,而且也将影响磁隧道结的使用寿命,同时较低的自旋极化效率也限制了STT-MRAM写入功耗的降低。虽然SOTMRAM的读取路径与STT-MRAM完全一致,但SOT-MRAM的写入电流不通过磁隧道结,这将避免写入电流影响磁隧道结使用寿命的问题。另外,SOT-MRAM高效的自旋极化效率和快速的磁化翻转速度将极大改善MRAM存储器的发展前景。磁隧道结和自旋轨道矩写入路径是SOT-MRAM存储单元的两个核心部件。其中,磁隧道结是存储载体和数据的读取载体,垂直磁各向异性能高的磁隧道结,不仅可以提高单位存储密度还可以提高存储器的热稳定因素以确保数据存储的稳定性;自旋轨道矩写入路径的材料及界面条件将影响SOT的写入速度、能耗以及制造成本。基于以上两点,本文分别从如下四个方面开展研究:（1）自旋轨道耦合对重金属/铁磁异质结（Ta/Co Fe B）的界面垂直磁各向异性的研究。该研究主要探索薄膜生长顺序将如何影响垂直磁隧道结的性能,结论显示在重金属上生长铁磁层将有利于提高垂直磁各向异性能。（2）研究重金属/铁磁异质结（Pt/Co Fe B）的磁近邻效应对自旋轨道矩效率的影响。该研究发现了一种新的调控磁近邻效应的方法——界面应力,发现界面应力只改变异质结中Pt的近邻磁矩而不改变铁磁层Co Fe B的磁矩,并且用应力降低Pt的近邻磁矩的同时可以提高Pt的自旋轨道矩效率。（3）制备高质量的外延单晶拓扑狄拉克半金属α-Sn薄膜并探索其拓扑性能。拓扑材料由于其高效的自旋极化效率而备受关注,研究实现了室温下自旋动量耦合的拓扑狄拉克材料α-Sn,通过二阶谐波磁阻方法观察到的自旋纹理具有完美的三轴对称结构,该结论证明制备的α-Sn在室温下具有完好的拓扑表面态。（4）研究拓扑狄拉克半金属α-Sn的磁化翻转和自旋轨道矩效率。在该研究中,不仅实现了用拓扑狄拉克半金属α-Sn表面态对铁磁层的磁化翻转,而且也仔细研究不同厚度下的α-Sn的工作性能。随后,为进一步量化室温下的拓扑狄拉克半金属α-Sn的自旋轨道矩效率,搭建了ST-FMR测试系统,对比不同厚度的α-Sn,结果显示5 nm的α-Sn自旋轨道矩效率最高可以达到4.3±0.41,该自旋轨道矩效率是普通霍尔材料Pt和Ta的20～30倍。综上所述,首先本文通过计算仿真详细研究了PMA-MTJ的制备顺序,为制备更高质量的MTJ提供参考;其次,发现在霍尔材料体系中界面应力可以调控磁近邻效应,该结论不仅有利于改善自旋轨道矩效率,且为未来应用磁近邻效应提供参考;最后,制备了高质量的外延单晶拓扑狄拉克半金属α-Sn薄膜,该研究不仅直观展示了室温下拓扑表面态的存在,也展示了α-Sn在自旋轨道矩效率和超低磁化翻转电流方面与普通霍尔材料相比具有绝对的优势,未来非常有望成为商业化SOT器件的候选材料。