过渡金属氧化物因为其多样的性质，诸如铁电性，磁性，超导电性，磁阻，光催化，多铁，而获得了广泛的研究，人们希望通过研究深入了解这些性质，以达到调控这些性质以及利用这些性质制作器件的目的。前人的研究发现，过渡金属氧化物界面和表面的性质甚至比体相更丰富，可以展现出二维尺度（准二维）独有的新现象。考虑到过渡金属氧化物种类繁多，性质各异，可以构建的界面和表面数量非常巨大，为探索低维的新现象和性质提供了大量的机会。长期以来，基于密度泛函理论的第一性原理计算在解释实验现象、预测新材料性质方面发挥很大的作用。随着密度泛函理论的发展和计算机计算能力空前提升，理论计算能够处理的体系越来越大，理论计算的方法广泛运用于新材料的设计，为实验研究铺路。本论文运用密度泛函理论方法，设计了一类有界面多铁性质的异质结。另外，也模拟了一个有代表性的氧化物表面(SrTiO3)与最简单原子(H)的相互作用，以期了解原子吸附对表面性质的影响，探索原子吸附影响表面几何结构和电子结构的一般规律。　　第一章介绍本论文研究的背景，主要包括氧化物界面的二维电子气，多铁材料，以及应变在调控材料性质中的应用。第二章中，将介绍本论文研究所用理论基础、计算方法、计算程序等等。　　第三章主要讨论，应用密度泛函理论的计算方法设计有多铁性质的异质结KTaO3/ATiO3(A:Ba，Pb，Sr)。首先，以包含铁电成分的KTaO3/BaTiO3异质结为模型，分析空穴掺杂界面的电子结构和铁磁性质，再讨论铁电极化转向对界面的空穴浓度和磁矩的影响。研究发现，铁电极化转向改变界面的磁矩大小，导致磁电效应。其次，通过模拟KTaO3/PbTiO3异质结发现，铁电成分的极化值非常大时，界面上的磁电耦合效应会更显著。计算发现，KTaO3/PbTiO3的磁电耦合系数是KTaO3/BaTiO3的六倍。另外，界面上出现铁电调控的铁磁相-非磁相转变以及金属相-绝缘相转变。最后，以KTaO3/SrTiO3为模型，研究了应变对这一类多铁异质结的影响。研究发现，增加双轴压缩应变，异质结的铁电扭曲程度明显增强。此外还发现，应变可以改变空穴态在异质结中的分布:增加应变，TiO2中的空穴态增加，SrO中的空穴态减小。　　第四章主要应用密度泛函理论研究H在SrTiO3(001)表面的吸附行为，包括吸附对表面结构和电子结构的影响、H在表面的成键特性。首先，研究低覆盖度的H吸附，对表面结构和电子结构的影响。研究发现，H吸附诱导SrTiO3(001)表面出现两种反铁畸变型扭曲，其中一种扭曲的程度由表面向薄膜内层衰减，另外一种只存在于表面。此外，吸附导致SrTiO3薄膜出现金属性，计算的t2g能带占据顺序、能带裂分与实验结果吻合。杂化泛函HSE计算的O-H成键态的能级位置也与实验非常一致。在低覆盖度研究的基础上，模拟饱和吸附条件下，H在SrTiO3(001)表面的成键特性。研究发现了两条吸附原则:(1)较低覆盖度时，H吸附在促进反铁畸扭曲的氧(O)位点上，能量上更有利;(2)在O位点上吸附有足够的H时（单胞面积上平均0.75个H），H吸附钛(Ti)上比O上更有利。分析电子结构发现，导带中的电子越多（Ti-3d的占据越多），越有利于形成Ti-H键。研究还发现，表面上的Ti-H并不非常稳定，易与相邻的O-H键发生二聚化，形成H2。计算的饱和吸附浓度和表面电子密度与实验结果相符。