信息和社交网络时代,由于高性能计算机和移动数字设备的出现,产生和存储了大量的信息,而传统的存储技术已愈发难以满足人们日益增长的对高性能存储器的渴望。现有的存储设备如静态存储器（SRAM）、动态存储器（DRAM）和闪存（Flash）等均是利用电子的电荷来进行信息的存储,每个存储单元中电荷的有无两种状态分别代表计算机二进制编码中的“0”和“1”。一旦断电后SRAM和DRAM中的数据即会消失,无法进行长期的数据存储。此外,前者的集成密度较低,成本较高。而闪存虽能实现断电后数据不消失,但其信息读写速度较慢,且其存储颗粒易产生过度磨损而降低使用寿命。因此,存储技术领域急需开发出新一代的存储技术,以尽可能同时满足高密度、低能耗及高读写速度的需要。在过去的二十年里,自旋电子学领域发现的隧道磁阻效应（TMR）和自旋转移力矩效应（STT）使人们利用电子的自旋属性研发出新一代的存储技术成为可能。上述效应仅利用电流即可对铁磁性薄膜的磁化翻转进行有效控制,从而为磁性存储器提供了一种高效节能的读写方案。同时,纳米制造技术的飞速发展也使得从微结构上调制材料的磁性能成为可能,为超高密度存储器的研发提供了条件。与实验方法相比,微磁学模拟技术允许人们针对实验受限条件下的纳米磁学问题进行探索性研究,从而为实验提供预测性理论指导。如今微磁学作为设计和研发磁性材料器件的重要工具之一,已被广泛的应用在磁记录介质、硬盘读头、磁性随机存储器和磁传感器的研发过程中。基于以上研究背景,本文利用微磁学模拟,从系统能量变化和磁化翻转机制的角度对反点阵列薄膜、电流驱动磁畴壁移动和磁性隧道结翻转的动力学过程进行了研究,为其实际应用提供了理论指导。本文的研究内容主要分为以下几个部分:1、研究了反点阵列对磁性薄膜磁化翻转机制和性能的影响。研究结果表明,反点阵列能够显著的增加薄膜的矫顽力,其中较小的纳米孔在磁化翻转的过程中主要充当反磁化形核点,而较大的纳米孔主要起钉扎作用阻碍磁畴壁的移动。证明了通过引入不同孔径及排列方式的反点阵列能够有效的调制磁性纳米薄膜的性能。2、研究了电流密度及纳米线截面形貌对磁畴壁移动的影响,提出了在纳米线中引入周期性缺口及局部加热区来抑制Walker崩溃的方案。电流密度及截面纵横比的增加在一定范围内能够显著增大磁畴壁的移动速度。通过合理的设置周期性缺口及局部加热区能够有效的抑制Walker崩溃,从而使磁畴壁能够高速稳定的移动,并从能量变化的角度进行了合理解释。3、研究了温度场及结构缺陷对面内各向异性磁性隧道结（MTJ）磁化翻转机制及翻转时间的影响;并提出了一种软磁嵌入式复合自由层,以降低垂直各向异性隧道结（pMTJ）的临界电流和翻转时间。温度场能够显著缩减磁矩进动前的“潜伏期”,而合理的结构设计能够改变自由层的形状各向异性,从而实现MTJ的快速翻转。软磁区域的嵌入改变了 pMTJ的磁化翻转机制,从而减小了其临界电流及翻转时间。