本发明一种具有强垂直磁各向异性的多层膜，其特征在于采用铋(Bi)或者Bi合金与铁磁层界面的强界面垂直磁各向异性来获得强垂直磁各向异性。本发明共提出四种实施方案，方案一：该多层膜结构从下到上依次是缓冲层、铁磁层和氧化物势垒层；方案二：该多层膜结构从下到上依次是氧化物势垒层、铁磁层和覆盖层；方案三：该多层膜结构从下到上依次是氧化物势垒层一、铁磁层一、中间层、铁磁层二和氧化物势垒层二。在该氧化物势垒层一的下面还可以有基底；方案四：该多层膜结构从下到上依次是缓冲层、铁磁层一、氧化物势垒层、铁磁层二和覆盖层，该多层膜结构可以作为磁隧道结的核心结构。