钙钛矿氧化物材料具有独特的氧八面体结构,其A位和B位离子都可以被半径相近的其他离子取代而形成新的材料,所以此类化合物种类繁多且在地球上广泛存在。在钙钛矿氧化物的晶格中存在很多的自由度,例如晶格、自旋、电荷、轨道等,而且它们对压力、成分、温度等因素都比较敏感,因此钙钛矿氧化物材料中存在着很丰富的物理性质,例如铁电性、反铁电性、压电性、金属导电性、绝缘性、铁磁性以及反铁磁性等。若把不同的材料设计成纳米尺度的异质结构,来自两个晶格的自由度会在界面处相互耦合,进而产生一系列奇特的物理现象,如二维电子气体、高温超导、巨磁电阻、磁电耦合等。本论文主要是运用第一性原理计算的方法,对钙钛矿氧化物异质结的性质进行研究,也包括设计新的材料体系以及对其性质的预测。现将主要内容安排如下：第一章,首先介绍了AB03型钙钛矿的结构以及其分类,然后对其性质进行了简要概述。在本章的最后一个部分,着重介绍了异质结中会出现的一些新奇的现象,这也为后面有关于异质结的研究做了一些背景知识的铺垫。第二章,简要介绍了基于密度泛函的第一性原理计算的一些理论基础。通过介绍HF近似,HK定理,KS方程组和交换密度泛函等一系列近似,得出可以应用于第一性原理计算的密度泛函表达式。接着还对极化理论对了简单介绍,并对本论文所用的VASP软件进行了说明。第三章,本章中我们以PbTiO3为例子,对外延生长在衬底上的PbTiO3薄膜的极化进行了第一性原理研究。主要是对[001]、[110]和[111]三种不同生长方向的PbTiO3薄膜的极化大小进行了计算,并且选了SrTiO3和LaAlO3两种衬底进行了对比。计算结果发现影响其极化值大小的主要原因不是衬底,而是PbTiO3材料的四方性的结构。第四章,本章主要对设计的超晶格材料(YFeO3)n/(YTiO3)n的性质进行了理论预测。首先是对两种块材进行了计算,得到了它们的电子态密度以及磁矩。并从能带对齐理论出发,分析了在此类超晶格中不会有电荷转移现象。然后对n=1和n=2的超晶格进行了计算,结果惊奇的发现两个体系中都发生了完全的电荷转移,Ti的3d轨道上的一个电子转移到了Fe的3d轨道上面,形成了Ti4+-Fe2+的化合价。接着我们通过对结构的对称性分析,发现n=1的超晶格是中心对称的,n=2的超晶格是属于非中心对称的。并且通过计算得到两个晶格的极化值,结果和对称性分析的结论一致,在n=1的超晶格中极化为0,而n=2的超晶格中有相对较大的铁电极化。最后在n=2的超晶格中,通过把总的极化拆分为三个部分的贡献,还预测了当体系为金属态的时候,体系中可能会表现出金属铁电性。第五章,对本论文简单做了一个总结,以及对下一步工作的展望。