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随着纳米加工技术的提升，人们在纳米磁性隧道结中发现了许多新奇的现象，包括输入直流引起的阻态变化和微波输出、以及微波电流诱导的电压输出现象。它们形成的机制都与自旋角动量转移的动力学息息相关，即与自旋转移力矩驱动的磁矩进动或翻转过程相关。一方面利用这些现象可以揭示磁性材料磁矩的动力学过程，另一方面基于这些现象开发的器件具有非常重要的应用前景，比如微波振荡器、检测器以及利用电流进行读写操作的磁性随机存储器等。本论文利用自行搭建的高频低温四探针台系统研究了一百纳米量级的磁性隧道结在多场（温度、磁场、电流和频率）调控下的高频动力学过程。本论文的主要研究成果如下: (1)自行搭建了用于磁性隧道结高频动力学研究的高频低温四探台系统，可以对纳米尺度的磁性材料和器件进行变温、变磁场下的直流和高频电输运特性进行测量与分析，变温范围为4.3 K-350 K，磁场范围为-5500 Oe-5500 Oe，最高工作频率为DC-40 GHz，并且可以进行时域和频域信号的采集与分析。 (2)研究具有垂直各向异性自由层和面内钉扎层的自旋纳米振荡器的高频输出特性随温度的依赖关系，它可以实现零磁场下稳恒微波输出。研究表明输出频率会随着温度的降低而线性地升高，而输出功率则呈现指数衰减，尤其是在较大电流的情况下，但是输出频谱峰的半高宽呈现非单调的变化关系。主要是有效场和热扰动随温度的竞争关系造成的。 (3)研究了两类磁性隧道结的自旋转移力矩驱动的铁磁共振效应，一类是具有垂直自由层和面内钉扎层的磁性隧道结，另一类是自由层和钉扎层磁矩均为垂直方向的磁性隧道结。通过拟合变化曲线获得了自旋转移力矩效应中的面内力矩项系数A和垂直力矩项系数B、以及铁磁共振的峰位f和半高宽d随磁场和温度的变化关系。这四个参量在低场和高场下具有不同的变化趋势。 (4)第二代STT-MRAM磁性随机存储器研究过程中，通过优化微加工工艺，制备了长短轴长为130 nm×65 nm和600 nm×300 nm（参考样品）的圆盘和外内直径为150 nm×65 nm的圆环状结区的磁性隧道结，临界翻转电流密度Jc分别为6.41×106 A/cm2、5×106 A/cm2和4.06×106 A/cm2。研究结果表明尺寸对临界翻转电流密度的影响较小;采用环状或较小尺寸的圆盘实现了更小的功耗和临界翻转电流。