如今,信息的爆炸式增长对信息的处理和存储技术提出了更高的要求,但基于电子的电荷属性发展起来的微电子器件和集成电路已经接近其物理极限,发展新型的电子器件调控手段成为电子信息技术发展的迫切要求。自旋电子器件是以电子的另外一个基本属性—自旋的调控为基础的电子器件,它的出现不仅提高了传统磁记录的面密度,而且开辟了凝聚态物理及微电子学领域新的研究方向。尤其是在磁性随机存储器（MRAM）中,利用电流诱导的自旋转矩效应取代外部磁场来作为磁性异质结构中磁矩翻转的来源使得这种存储器具有高密度、低功耗等优势。第三代MRAM,即自旋轨道力矩-磁性随机存储器（SOT-MRAM）,使用非磁层产生的自旋流的自旋轨道力矩效应作为数据读写途径,使其具备读写速度更快和稳定性更强的优势,成为了目前最具前途的磁存储技术。磁性异质结构中SOT的精确测量、物理起源以及对自旋流的调控是研制SOT器件的关键,也成为目前自旋电子学研究的重点。本论文中我们利用磁控溅射技术制备了重金属/铁磁（HM/FM）和铁磁/非磁/铁磁（FM/NM/FM）异质结构,通过磁阻和霍尔效应的二次谐波及回线偏移法对这些体系中的SOT进行了测量,探讨了其物理起源,主要的创新性结果如下:1.建立了完整的SOT二次谐波测量方法。之前发展起来的二次谐波法主要基于霍尔效应的二次谐波测量面内特定极化的自旋流产生的SOT有效场,这一方法对具有较弱的反常霍尔效应（AHE）的体系并不适用;此外,随着自旋电子学的进一步发展,各种不同极化方向的自旋流的发现也要求对二次谐波技术进一步发展。本论文中首先从理论上给出了不同极化方向的自旋流通各种霍尔效应和磁阻效应产生的谐波信号,得到了器件霍尔端和电阻端二次谐波信号在不同平面内的角度关系。根据两种力矩的二次谐波信号对磁矩方向和磁场大小的依赖关系,可以从倍频信号中分离得到其对应的有效场大小。这一工作拓宽了原有的基于霍尔效应的二次谐波测量技术,为磁性异质结构中SOT的准确测量奠定了基础。2.利用磁阻的二次谐波测量方法测量了Pt/NiFe结构中的SOT有效场,实验上验证了电阻端二次谐波方法测量SOT有效场的可行性。实验发现面内转角操作得到二次谐波信号呈现（sin3φ+sinφ）的依赖关系;而面外（xz面）转角操作得到二次谐波信号呈现sin2θM/[HKcosθM+Hcos（θH-θM）]的依赖关系,与理论预期一致。通过不同平面电阻端的二次谐波信号角度依赖性的拟合,实现了对Pt/NiFe结构中类场SOT（FL-SOT）和类阻尼SOT（DL-SOT）的独立测量。在此基础上,进一步研究了这一结构中SOT有效场随Pt厚度的依赖性,基于自旋扩散模型对其进行拟合,得到Pt的自旋霍尔角为0.09,与之前其它方法测量的结果基本一致。这一工作实现了在具有弱反常霍尔（AHE）效应的材料体系中SOT的准确测量,拓宽了原有二次谐波测试方法的适用范围。3.利用霍尔效应的二次谐波法测量了HM/CoFeB/MgO体系中两种SOT有效场的大小及其厚度的依赖性。实验结果表明,在Pt（Ta）/CoFeB/MgO系列样品中,当铁磁层厚度薄到一定厚度时,FL-SOT有效场偏离1/t FM依赖关系,表现出明显的增强;而DL-SOT效率对铁磁层厚度无明显依赖关系。我们认为这一现象的主要原因是由于CoFeB/MgO界面的自旋回流效应;由于在Ta/CoFeB结构中明显的死层效应,减小了CoFeB的有效厚度,导致自旋回流效应的进一步增强。此外,在Ta/Pt/CoFeB/MgO结构中,随Pt厚度的变化,DL-SOT和FL-SOT表现出基本一致的变化趋势,而且可以用自旋扩散理论拟合,说明自旋霍尔效应是这一结构中自旋流的主要来源。4.研究了铁磁/非磁/铁磁结构中的SOT效应及其驱动的磁化翻转。在单晶Sr Ti O3（110）基底上外延生长了L10-Fe Pt（110）/Cu/Fe/SiN异质结构,实验发现当电流方向和Fe Pt的易轴满足正交的构型时,能够实现电流驱动的Fe层磁化翻转,这一现象不能用电流产生的奥斯特场来解释,证实了铁磁体中通过AHE效应产生的自旋流及SOT效应;进一步通过回线偏移法和二次谐波法测量了这一体系中SOT有效场及其效率。这一工作对拓展产生自旋流的材料、机理以及自旋流的极化方向的调控具有重要的参考价值。