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磁性薄膜材料广泛的应用于磁性传感器、磁性存储等领域，在应用上具有很重要的地位。同时由于其本身由于厚度很薄，会出现很多体材料所没有的物理现象和性质。通过多层不同磁性薄膜复合而成的异质结构，成为现代自旋电子学最重要的研究对象之一。磁性隧道结就是其中一个成功的例子。本论文主要围绕了坡莫合金磁性薄膜和磁性隧道结，进行了以下研究工作: (1)使用微磁学的方法，计算模拟研究了坡莫合金磁性纳米点阵，发现点阵在面内磁场下的翻转首先从边界处发生。通过调控磁性纳米点阵的直径和间距，发现对于无形状各向异性的正方形周期排列的圆点阵，在翻转过程中存在由点阵周期排列产生的四轴各向异性。 (2)研究了具有界面垂直各项异性的磁性多层膜。分析了具有软磁和垂直各项异性的硬磁薄膜复合自由层的磁性隧道结的磁畴翻转特性。在具有界面垂直各向异性的磁性薄膜中，理论上分析预测了人工skyrmion的磁性结构。 (3)研究了具有尖晶石结构的纯氧化铝晶体，发现在Al原子位满占据的时候，该晶体氧化铝表现出导体的特性。同时通过第一性原理的计算从能量上分析了Al空位出现的位置，与最新的实验结果相吻合。在合适Al原子位空缺的结构下，尖晶石纯氧化铝材料同样是一种很好的绝缘体材料。 (4)研究了一类新的阳离子位无序替代的具有NaCl结构的势垒材料，通过复能带分析和零偏压磁性隧道结输运的计算，我们发现该势垒材料具有媲美晶体MgO的自旋过滤特性以及更低的电阻面积，并在这类势垒材料的隧道结中，发现了具有拱形的能带结构。同时我们还可以通过调控阳离子位元素和空穴的掺杂浓度，实现能带和费米面位置的调控。 (5)推导了WKB近似下的弹性隧穿输运理论公式，推广了Simmons公式，并发现当隧穿势垒带电并具有拱形空间结构的能带时，在一定的偏压区间内，可以产生负微分电阻效应。利用该模型，可以解释已有的双层石墨烯实验中发现的负微分电阻现象，并预言了在新的阳离子位无序替代的具有NaCl晶体结构的AlO和MgAlO为势垒的磁性隧道结中，存在自旋相关的负微分电阻效应。该负微分电阻的效应随着势垒厚度的增加而减弱，随着势垒区空间电荷减小而减弱。该产生负微分电阻的机制有别于之前的研究，是一类新的产生负微分电阻的物理机制。