Fe-Ni因瓦合金在室温下有着接近零的线膨胀系数,自被发现以来就在生产和生活的各个方面得到了极为广泛的应用。同时,因瓦效应的机理也受到科学家们的关注并被大量研究,但是迄今为止仍然没有一个被广泛认可的解释。探索因瓦效应的机理可以扩大因瓦合金的应用范围,深化人们对材料磁性和电子结构的理解,在理论和应用上都有着极为重要的意义。本文结合第一性原理计算和经典分子动力学模拟,对Fe-Ni因瓦合金低膨胀的原子尺度机理和Fe-Ni团簇的热膨胀性质进行了研究。本文的主要内容如下:(1)利用第一性原理计算研究了 Fe-Ni因瓦合金磁体积效应的原子尺度机理,分析了原子结构与磁矩的关系以及磁矩与体积的关系。发现Fe原子的磁矩会随着最近邻Fe原子的增多而下降,但Ni原子磁矩与最近邻Fe原子个数间没有规律性的关系;Fe原子磁矩下降或从铁磁态变为反铁磁态会造成合金体积减小的趋势,但Ni原子的磁矩变化不会对合金的体积造成影响,Fe-Ni因瓦合金的磁体积效应主要来源于面心立方(FCC)Fe。(2)利用经典分子动力学模拟研究了 Fe-Ni因瓦合金的原子结构和原子尺度热膨胀。原子结构分析表明Fe和Ni原子之间存在着较强的相互吸引,位于局域富Fe区中的Fe原子占全部原子个数的约14%,并且这一比例会随着温度升高而上升;对化学键的热膨胀系数计算表明,Fe-Ni键是三种化学键中最短而且热膨胀系数最小的,并且在数量上占全部键对的大约一半,完全可以主导因瓦合金的性质,Fe-Ni键对反常小的线膨胀系数有着重要贡献。(3)研究了 Fe-Ni团簇的结构、磁性以及热膨胀性质,发现所有的13原子Fe-Ni团簇均为二十面体结构,团簇的键长随着团簇中Ni原子增多而减小,表面原子间的键长大于中心与表面原子间的键长;对磁性的分析表明表面原子的磁矩大于中心原子的磁矩,并且仅Fe13团簇存在明显的磁体积效应;对团簇热膨胀率的计算表明Fe13团簇的热膨胀相对其他团簇反常地小,经过分析认为这一现象与它的磁体积效应有关,是因瓦效应在团簇尺度的表现。