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强关联材料中的电子性质一直是凝聚态物理学研究的一个重点。钙钛矿氧化物为研究这类奇特的电子行为提供了一个非常好的平台：在这类材料中已发现诸如高温超导、p-波超导、庞磁电阻、多铁性等现象,最近发现的新型拓扑绝缘体也在钙钛矿型材料中找到其身影。这些丰富的物理现象都根源于氧化物中的电子结构。深入的理论研究将有助于更充分了解这些现象背后的物理图像,并且为设计出各种有现实意义的器件提供理论依据。本论文从材料设计的角度出发,利用第一性原理软件模拟,研究了三种不同的钙钛矿材料与钛酸锶组成的超晶格中的电子结构及各种物理性能,包括能带特性、磁性以及铁电性质。在理论上设计出一种利用外界应力应变对材料磁性进行有效调制的方式,并且在实验中得到实现。主要创新结果包括以下三个部分：1、首次证明钌酸锶(SrRu03)与钛酸锶(SrTi03)组成的小周期超晶格(1：1)是具有铁磁性的。对超晶格施加外应力可以调控材料的电磁性质。在外加张应变从0至8%的过程中,SRO/STO超晶格发生了三个相变,其中前两个为关于氧八面体转动的结构相变,而第三个相变是依赖于钌4d轨道库仑关联强弱的Mott相变。实验上已观测到磁矩随应变大小的改变,与理论上发现的变化量保持一致。2、系统地研究了由铁电材料钛酸铅(PbTiO3)与钛酸锶组成的PTO/STO超晶格界面结构。发现由于二氧化钛缺乏或过量导致的两种错位缺陷(Ruddlesden-Popper型与Magneli型)均可能削弱材料的极化率。通过建立静电学模型,发现了超晶格界面的电荷转移,界面积累电荷形成的电场在体系中起着退极化场的作用。3、为了更深入了解铝酸镧-钛酸锶(LaAlO3/STO)二维电子气体系,研究了钛酸锶表面的氧空位、替位、反位缺陷等本征点缺陷。给出了钛酸锶在不同生长气氛条件下的相图。进一步研究了存在这类缺陷下的LAO/STO异质界面的电子性质。发现了当LAO层的两端分别同时具有O空位以及La空位的时候,由缺陷形成的内部电场与LAO层本征的内建电场相互抵消,能有效的避免LAO层的节点击穿。