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钙钛矿氧化物异质结一直以来都广泛吸引着科学界的目光,这是因为人们有可能在它的基础上创造出各种奇异物性。在钙钛矿氧化物异质结中,存在着电荷、自旋、轨道和结构自由度之间的强相互作用。界面效应和演生现象导致各种钙钛矿氧化物异质结不断呈现出更加广阔的应用前景。各种新物性为探索下一代电子器件提供了潜力。基于此,本论文通过密度泛函理论以及非平衡态格林函数的方法,以衬底材料Sr Ir O3作为研究的出发点,进行钙钛矿氧化物异质结的搭建,研究其应力电子学性质。我们从基于Sr Ir O3的钙钛矿氧化物异质结的研究逐步延伸到其他氧化物异质结的研究,用理论结合实验的方式,进行了氧化物异质结的界面态及其在新型信息存储器件应用方面的研究。在第一章中,我们首先回顾了钙钛矿型氧化物异质结的在最近几年来的研究进展。其中包括两部分内容,一是界面效应,二是演生现象。之后我们重点关注钙钛矿氧化物异质结在应力电子学方面的研究进展,对应力电子学的基本原理以及器件应用进行了详细介绍。最后,对本论文的研究目标以及主要研究内容进行了简要介绍。在第二章里,我们对本论文中所用到的理论方法进行了系统性的介绍。我们首先将密度泛函理论的发展作为主线,介绍了过往的研究者们为解决凝聚态中的多体问题而提出的各种近似手段和理论方法。之后,我们介绍了非平衡态格林函数的理论基础及其在电导计算方面的应用。最后,我们对本文中用到的理论计算工具包进行了介绍。在第三章中,我们利用第一性原理计算,首先研究了外加应力下的异质结衬底材料四方相Sr Ir O3的奇异磁相变和极性金属行为。我们在施加不同应力的过程中发现了Sr Ir O3的两种磁态,即强铁磁态和弱铁磁态。Stoner模型可以为这些现象提供合理的解释。此外,四方相Sr Ir O3在面内压缩应力和拉伸应力下都可以表现出极性金属行为。在应力诱导Sr Ir O3奇异磁相变研究的基础上,我们将四方相Sr Ir O3作为异质结的衬底,在其上拼接铁电材料Ba Ti O3,从而构造出基于Sr Ir O3的钙钛矿氧化物异质结,以研究该异质结的应力电子学性质。我们用第一性原理计算的方法探究了Sr Ir O3/Ba Ti O3异质结的磁电耦合效应及其应力电子学性质。Sr Ir O3/Ba Ti O3异质结在不同的应力下表现出明显的铁电极化与磁矩变化。我们结合密度泛函理论与非平衡态格林函数的方法研究了不同应力下Sr Ir O3/Ba Ti O3多铁隧道结的电导率与巨电致电阻效应。通过这一研究,我们设计出了一种基于应力电子学的能以电场调控的新型多态存储器件。我们的研究或许可以为将来基于四方相Sr Ir O3的异质结研究奠定一定的理论基础,为将来应力电子学在多态存储中的应用激发更多的关注。之后,我们将Sr Ir O3衬底材料替换为Zn O,铁电层依然使用钙钛矿型氧化物Ba Ti O3,从而搭建出Zn O/Ba Ti O3异质结,构造具有内禀非对称性的铁电隧道结。在第四章中,我们采用密度泛函理论系统性地研究了Zn O/Ba Ti O3异质结的四种界面类型,以及（111）Ba Ti O3中极化方向受界面影响的机理。通过界面设计,我们成功构造出了具有内禀非对称性铁电性的氧化物异质结。在这个基础上,我们结合密度泛函理论和非平衡态格林函数的方法,在我们新设计的Sr Ru O3/Zn O/Ba Ti O3/Zn O/Sr Ru O3和Sr Ru O3/Zn O/Ba Ti O3/Sr Ru O3铁电隧道结中观测到两个巨大的电致电阻效应,分别为581%和112%。超越了目前基于Ba Ti O3所能实现的最高电致电阻效应。这里的Zn O/Ba Ti O3的厚度小于4 nm。我们提出的建模策略适用于设计出高性能的铁电隧道结。我们希望这项工作能够激励出更多Zn O/Ba Ti O3铁电隧道结实验方面的工作,从而加速其在超低功耗、高速和非易失性纳米级存储器件中的商业应用。在第五章中,我们采用理论结合实验的方式研究了Nb:Sr Ti O3/Ba Ti O3异质结中超薄Ba Ti O3薄膜的极化序和极化调控。首先,我们在掺Nb的Sr Ti O3衬底上制备了高质量的7u.c.Ba Ti O3薄膜。实验和理论计算的结果都表明,超薄Ba Ti O3薄膜中存在较为微弱的极化,并且该极化很难被外加电场所反转。我们通过理论研究发现,这种极化序的特征主要来自于Ba Ti O3表面死层的贡献。而不具备可反转极化的异质结依然可以存在阻态调控,这表明在钙钛矿氧化物的铁电异质结中,极化反转对于阻态调控并不是必需的。在第六章里,我们在Sr Ti O3上制备了具有清晰界面的（Sr Ru O3）2/（Sr Ti O3）n超晶格。通过实验表征发现,（Sr Ru O3）2/（Sr Ti O3）n的输运性质和磁性可以通过改变Sr Ti O3层的厚度来调控。另外,我们通过理论与实验相结合的方式证实了反常霍尔效应的差异是来自于界面处贝里曲率的变化。结果表明,贝里曲率的变化可以通过改变（Sr Ru O3）2/（Sr Ti O3）n中Sr Ti O3层的厚度来进行调控。最后一章是本论文全部工作的总结和展望。我们对本论文中所得到的研究结论做了系统性的归纳和整理。通过对当前工作的总结,我们展望了未来尚待探索的新问题和具有潜在研究价值的方向。