中文摘要：

钙钛矿型铁电超薄膜和超晶格是当前物理学与材料科学交叉领域的研究热点，在凝聚态基础理论方面和功能材料的实际应用方面都有重要意义。由于尺寸效应、力学和电学边界等条件的影响，铁电超薄膜和超晶格系统具有很多独特性质。本项目将设计不同类型的ABO3型铁电氧化物超薄膜和超晶格结构，采用第一性原理方法和基于第一性原理计算的有效哈密顿量方法，从原子尺度研究表面界面效应、应变、静电效应、有限电导、缺陷等对铁电特性的影响，研究温度对铁电相变的影响，探讨其中的铁电相变过程、相变机制、临界厚度等问题。在此基础上，寻找可能具有优良性能的、适合实际应用的铁电氧化物超薄膜和超晶格材料，为设计和发展新型的、满足特定使用条件的相关材料提供必要的借鉴和参考。

结论摘要：

近年来出现的多铁性材料具有独特的铁电、磁电耦合等物性，其研究具有重要科学意义和广泛的应用前景。基于第一性原理方法，针对多铁性材料BiFeO3的铁电、弹性、光学特性；六角稀土铁氧化物（RFeO3）的铁电极化、磁性；高压下的ABX3、A2X3型钙钛矿和后钙钛矿结构的相变特性等方面展开研究，取得了一些重要结果。研究了应力对菱形相BiFeO3的能隙和光学特性的影响，发现单轴应力可调节带隙，产生间接带隙到直接带隙转变以及红移现象，可将带隙调整到光伏应用所需最佳值。研究了四方相BiFeO3的弹性、光学各向异性以及蓝移现象，结果表明四方相沿C轴方向比A轴易于压缩，弹性常数除C44外随体积增大而减小，反铁磁的四方相比菱形相软；四方相的介电函数相对菱形相出现整体蓝移现象，有双折射现象。研究了化学压和静水压对六角RFeO3的磁电性质影响，发现体系的极化随化学压增加而增加，产生磁相变，出现弱的铁磁性。六角RFeO3的反常铁电机制导致随静水压增加，体系极化上升的反常现象。研究了高压下ABX3、A2X3型钙钛矿和后钙钛矿结构的相变特性，预测了后后钙钛矿结构的普遍存在性，即倾向于出现在A位离子半径较小的体系中。这些研究对于材料设计及性能预测、相关器件的研发具有重要的参考意义。