本论文的内容涉及对三维拓扑绝缘体(TI)薄膜的电输运性质和CoFeB/MgO多层膜中自旋轨道矩效应(SOT)的研究。我们利用磁控溅射的方法制备了 Bi2Te3、(Bi,Sb)2Te3以及Cr掺杂的拓扑绝缘体薄膜,研究其低温电输运性质,利用栅极电压对其性质进行调控;在Zr/CoFeB/MgO和W/CoFeB/Zr/MgO薄膜中,对垂直磁各向异性(PMA)以及SOT诱导的磁化翻转进行了研究。主要研究内容如下:(1)我们选择磁控溅射方法在非晶SiO2衬底上制备Bi2Te3族拓扑绝缘体薄膜,Bi2Te3薄膜的ARPES数据以及(Bi,Sb)2Te3样品的双极性效应都表明在磁控溅射的多晶薄膜中存在拓扑表面态。通过栅极电压调控,Cr掺杂拓扑绝缘体薄膜的反常霍尔电阻达到了 16.4kΩ,约为量子反常霍尔电阻(h/e2≈25.8 kΩ)的60%。磁控溅射方法可以制备大面积的拓扑绝缘体薄膜,对具有复杂结构的多层膜的自旋电子学器件的应用具有重要意义。(2)利用室温溅射加后退火的方法制备的Bi2Te3薄膜,克服了加热衬底溅射生长Bi2Te3薄膜表面粗糙度很大的缺点,具有非常均匀、平整的界面,有更好的c轴择优取向。两类薄膜相比较,后退火的Bi2Te3薄膜的载流子浓度更低,相位相干长度更大,具有更好的二维拓扑表面态特征。(3)研究了不同载流子类型的Cr掺杂的(Bi1-xSbx)2Te3薄膜在低温下负磁电阻行为。在温度T=2K下,磁场H=2T时Cr掺杂的(Bi1-xSbx)2Te3薄膜在电荷中性点附近观察到达到61%的巨大的负磁电阻。通过调节费米能级,确定了薄膜的巨负磁电阻强烈依赖于费米能级EF的位置:当费米能级远离电荷中性点时,负MR相对较小,而当费米能级被调节到电荷中性点附近时,负MR达到最大值。(4)制备了不同Zr厚度的Zr/CoFeB/MgO多层膜,实验结果表明,4d轻金属Zr也能产生SOT效应,且Zr层厚度对Zr/CoFeB/MgO中电流诱导的有效场有巨大的影响,甚至可以使有效场的方向发生变化。Zr的自旋霍尔角大约-0.03,远大于现有文献中报道的Mo的自旋霍尔角(-0.003)。通过设计铁磁层和轻金属层的界面并注入更多的自旋流/轨道流,有望进一步提高有效场效率ξDL。(5)在CoFeB/MgO界面插入一层0.4 nm的Zr,得到了具有垂直磁各向异性的W/CoFeB/Zr/MgO薄膜,其垂直磁各向异性场Hk随着退火温度升高而增大,在540℃时达到最大值。结构表征表明,退火温度从270℃升高到600℃,钨的结构从高阻的β相变为低阻非晶相。SOT效应研究的结果表明,随着退火温度升高,W的电阻率逐渐下降,而类阻尼矩的效率几乎不随退火温度变化(约-0.2),归一化功耗可降低60%以上。