近年来,对于镍基氧化物异质结构的研究十分广泛,尤其是超薄异质结和超晶格。在本文中,我们设计了镍酸盐RNiO3或RNiO2(R=La、Nd)相关的氧化物异质结构,结合第一性原理方法和最大局域化瓦尼尔函数方法,研究了它们的电子结构和模型哈密顿。所得到的结果与铜酸盐超导材料的进行比较,从中寻找实现镍基氧化物高温超导的可能途径。在第一章中,我们首先介绍了钙钛矿的结构、钙钛矿中的氧八面体旋转和d轨道物理学;接下来介绍了RNiO3镍酸盐的相关知识,包括相图、基本电子排布、金属—绝缘体转变及其调控,以及绝缘体—金属转变;随后从超导和拓扑性研究两方面简述LaNiO3基异质结构的研究进展;最后,从实验和理论两方面,我们简要介绍了无限层型Ni+氧化物在超导电性研究的最新进展。在第二章中,我们主要介绍了第一性原理计算方法。首先从基于单电子近似的能带理论出发,概述了自由电子气和近自由电子气模型、紧束缚模型与瓦尼尔函数,以及最大局域化瓦尼尔函数方法;接下来简述了密度泛函理论,包括玻恩一奥本海默近似、哈特利一福克近似、霍恩博格—科恩定理、科恩—沈方程,以及几种常用的交换关联泛函;然后简要介绍了包含DFT+U模型的密度泛函理论的发展;最后简要说明了本文主要使用的计算代码以及计算方法。LaNiO3是三价镍酸盐家族中唯一一个在任何温度下均表现为顺磁金属性的成员,占有特殊的地位。然而由于无法实现大的Ni-eg轨道极化,实验上暂时还无法实现LaNiO3基的超导。利用无参数密度泛函近似以及最大局域化瓦尼尔函数方法,在第三章中我们详细研究了基于LaNiO3的异质界面系统的轨道极化和轨道工程。研究表明即使不引入额外的关联效应,仍可以实现单占据的Ni-dx2-y2带结构和费米面,即完全的Ni-eg轨道极化,这对Ni3+基异质界面的超导性研究具有重要的启发意义。接着从紧束缚模型出发,我们研究了完全极化的单带费米面的起源及其与铜酸盐超导材料的异同。最后的磁态计算结果显示出稳定的反铁磁基态。这些结果为镍酸盐超导材料的制备提供了新的方向。2019年,Hwang课题组率先发现了无限层型Ni+氧化物的超导电性。他们在实验测量中发现在15 K左右发生了超导转变。理论计算表明其费米能级附近多轨道参与的复杂能带结构可能是其超导转变温度较低的原因之一。因此,为了提高Ni+氧化物的超导转变温度,基于NdNiO2,我们在第四章设计了四种Ni+基异质结构,并进行了能带设计和轨道占据研究。无参数的第一性原理计算结果表明其中两种异质结构的能带具有典型的单带的Ni-dx2-y2特征。随后,我们对这两种材料进行了 p-d模型哈密顿研究,并与铜酸盐的结果进行了比较。最后的磁态计算结果显示它们的最近邻磁交换耦合常数J[～(EFM-EAFM)]远高于无限层型的NdNiO2,因此它们都具有相对更加稳定的反铁磁基态。我们的研究表明这两种异质结构都有可能是潜在的高温超导材料。在本文的最后一章中,我们总结了主要的研究结论。研究结果表明,我们设计的多种镍基异质结构都可能是具有较高转变温度的超导材料。同时,我们也期待着后续的研究可以考虑引入更多泛函种类以及关联效应对于能带和费米面的影响。实验研究者也可以尝试合成我们提出的异质结构,进一步探究它们成为超导材料的可能。