具有“复合”特性的量子功能材料通过利用自身的多参量f包括电荷、轨道和自旋自由度)和光、电、磁、声、热等外场作用可以实现包括存储和调控等多元化处理,从而为未来的固体量子器件集成提供传输、转换、存储、调控、放大、热能再利用等多重关键功能。因此,多参量复合的量子功能材料是量子信息技术发展的关键,其研究具有重要意义。然而,目前对复合量子功能材料体系仍缺乏系统的研究,在许多方向上还存在空白。因而致力于研究新型复合氧化物量子功能材料体系,对于发现新的原理、新的物理现象以及产生新的材料、新的物理方法非常重要。作为复合氧化物量子功能材料的潜在候选者,层状氧化物因其层状结构可以实现一个结晶轴上至少两个结构序参量耦合而受到研究者们的广泛关注。2009年以前,这类层状氧化物材料的研究大部分集中在铁电和介电材料体系,而对于具有磁电耦合性能的复合层状氧化物材料的研究则是零星的。2009年,毛翔宇、陈小兵、陆亚林等人利用铁钴互置换的办法,成功的合成了新型四层Aurivillius相Bi5Fe0.5Ti3O15复合结构材料,实现了铁磁相变温度远高于室温和大的铁电铁磁响应[Appl.Phys.Lett.95,082901 (2009);中国专利授权号CN101607818B]。随后,陆亚林等人又通过磁性层插入铁电层状结构框架的方法,合成了新型单相磁电多铁陶瓷材料SrBi5Fe0.5Co0.5Ti4O18,实现了优秀的室温以上铁电性和铁磁性并且获得了室温以上的磁电耦合效应(在-370 K,磁电耦合系数-350μV cm-1 Oe-1) [Materials Horizons,2,232-236 (2015);中国专利授权号CN102875145B]。这些研究实现了层状氧化物材料在量子功能领域方面的突破,同时也表明了利用人工设计合成具有所谓的“内秉”磁电耦合的设想是很好的思路。2012年,中国科学技术大学陆亚林教授在国家重大科学研究项目(2012CB922000)中提出了“多参量复合氧化物量子功能材料”这个概念,具体是利用新型晶胞原子层间嵌入合成技术实现具有晶胞内磁电调制“复合”结构及“复合”有序相新型复合氧化物量子功能材料。这种“复合”不同于原先自然材料中固有存在,而是上升到人工设计及合成复合超结构层面。然而,当前利用这类“复合”,形成的新型复合氧化物量子功能材料仍然显示很弱的磁性及磁电耦合性能,仍不能满足量子功能器件实际应用的需求。因此,探索发现更多的新型参量复合氧化物量子功能材料,对拓展量子多功能材料体系,增强量子多功能复合及调控,发展新颖的量子调控和复合理论机制,具有重要意义。本论文以通过化学元素替代组成新型参量复合氧化物量子功能材料,以及过量替代引发材料体系结构调制为主线,着重研究材料体系Bin+1 Fen-3Ti3O33n+3(n为钙钛矿层数)中化学掺杂形成新型参量复合氧化物材料的基本物性和过量化学元素替代引发的结构转变过程及结构变化所导致的新奇物理现象和特殊的耦合性能。本论文主要研究包括：1)通过不同位置的化学替代来实现多种新型参量复合氧化物材料,并比较不同位置的替代对其新型氧化物材料的结构和性能影响；从而详细地理解组分调制作用下的内在物理意义；2)通过化学替代实现对新型参量复合氧化物量子功能材料的钙钛矿层结构调控：并在结构转变区间发现类准同型转变效应,实现了大的铁电、介电、铁磁响应；这些物理效应实现了新型的量子复合机制。丰富了基础物理知识；3)在新型的共生相层状结构材料体系中通过化学修饰来实现新型参量复合氧化物量子功能材料,并探讨其物理性能及化学替代对该材料微观结构转变特征；该工作显示了在更复杂的层状氧化物体系中,新型氧化物的结构及物性特征。总之,这些研究丰富了对层状氧化物材料体系中新型参量复合氧化物量子功能材料的认知,为未来探索更多新型参量复合氧化物量子功能材料提供了大量的借鉴意义。具体章节主要内容如下：第一章概述了新型多参量复合量子功能材料,并综述了近年来这类新型参量复合氧化物量子功能材料的研究进展及存在的问题。第二章分别研究了A位Gd掺杂和B位Ni掺杂对Aurivillius相Bi7Fe3Ti3O21氧化物的结构及性能的影响。第三章研究过量钴替代铁原子对六层均相氧化物Bi7Fe3TijO21的结构调制及性能的影响规律。第四章介绍了非均质相无序排列的Aurivillius相氧化物Bi11Fe3Ti6O33材料,并研究了微量钴掺杂对共生结构材料的性能影响。第五章介绍一种鉴定和量化Aurivillius相参量复合氧化物材料中铁磁性杂质的技术手段,称为磁失重(DTMG)法。第六章是对本论文的总结以及对未来工作的展望。