磁涡旋态是低维磁性纳米材料中一种常见的稳态。磁涡旋的极性可以用来表征信息存储的逻辑单元“0”和“1”。对涡核极性的精确控制是实现磁涡旋随机存储器的关键。利用垂向磁场可以实现涡核极性的原位翻转,利于涡核极性的读取。因此,研究垂向磁场的作用下提高涡核极性翻转速度的物理机制具有重要的基础科学和应用价值。我们的第一个探索方向是设计具有非均匀几何结构的磁性纳米圆盘,利用几何结构的突变产生对自旋波的调控。我们在磁性纳米圆盘中心设计了一个圆柱型空腔,期望空腔边界的结构突变产生对于径向自旋波的束缚作用。我们的微磁模拟计算证实,垂向交变磁场激发的径向自旋波被有效束缚在空腔内部,导致空腔内部的磁矩振幅显著增强,因此大大提高了涡核极性的翻转速度。由于空腔边界存在着较大的交换作用场梯度,圆柱型空腔形成了有效束缚径向自旋波的势阱。除了加快涡核极性的翻转,圆柱型空腔还扩展了垂向交变磁场下涡核极性翻转的频率范围。我们的第二个探索思路是利用空间分布不均匀的磁场来提升径向自旋波的激发效率。已有的研究表明,在均匀垂向交变磁场的作用下,涡核极性都是在基频模式下发生翻转,而在非基频模式下涡核极性难以实现翻转。值得注意的是非基频径向自旋波模式下,磁性纳米圆盘具有多个环形相位区域,相邻环形相位区域的相位相差180度。我们的微磁模拟结果表明,若外加磁场局限在几个同相位区域,则这些同相位区域发出的自旋波产生相长干涉,从而在纳米圆盘产生强烈的自旋波振荡。因此,与均匀垂向交变磁场相比,垂向环形交变磁场显著提高了涡核极性在非基频模式下的翻转速度。垂向环形磁场大幅提高自旋波激发效率的结果促使我们猜想:磁性纳米圆盘产生自旋波共振不仅需要外场频率与共振频率一致,而且外场的空间分布必须满足一定条件。因此我们进一步探索,将垂向外磁场的空间分布与径向自旋波本征模式相位的空间分布保持一致,在相邻相位区域外磁场的振动相位相反。这种“相位匹配”的外磁场由多个环形区域构成,研究表明这些环形场源所激发的自旋波总是同相位的。由此带来的结果是,相位匹配的外磁场在磁性纳米圆盘中激发共振自旋波的效率远远高于空间均匀分布的外磁场。我们的数值计算结果表明,在非基频模式下相位匹配的外磁场使得涡核极性的翻转速度显著提升。除了与本征模态的相位匹配,我们发现当外磁场振幅的空间分布与本征模式在空间中的振幅分布一致时,可以进一步有效地激发出径向自旋波。此外,若将外加磁场集中在本征模式振幅极大值对应的空间位置处时,外磁场所激发的径向自旋波具有更大的振幅。这些结果清晰表明,产生共振不仅要求驱动源的频率与受迫体的本征频率一致,而且驱动源的空间分布也需要与受迫体的本征模式的空间分布一致。我们称这种在时间维度和空间维度上均与本征模式匹配的驱动源所产生的共振为多维度共振。我们对边界固定的弹性薄膜和弹性弦开展的解析计算证实,机械振动体系中同样存在多维度共振。由于波的叠加性与具体的材料介质无关,我们的结果表明多维度共振是振动的普遍性质。我们对多维度共振的揭示,为人们对于共振的理解打开了一个全新的区域。