众所周知,在稳定状态下材料所具有的微观结构对其所表现出来的功能特性有很大的决定作用。然而,在实际应用领域完美的晶格结构是不存在的。也就是说,在实际的工业应用领域所研究的材料的微观结构中总是存在一些缺陷。一般而言,材料中存在的缺陷通常有:点缺陷（位错）、线缺陷（层错）及面缺陷,这些缺陷的存在在一定程度上也会影响结构的力学性能。其中位错是材料中最基本的一种缺陷,并且层错的形成也会与部分位错的滑移有着密切的关系。在相关的研究领域,人们对材料中位错的研究已经达到了相当深入的层次。然而,有些材料中层错的研究处于初步探索的阶段。因此,为了进一步研究材料中层错的一些性质,我们主要选取金属Mg作为研究对象。本文主要研究了金属Mg中的基本基面层错和长周期堆垛序列结构,其中长周期堆垛序列结构本质上就是由基面层错所组成的多层错序列结构,也是当前在实验上和理论是致力于探索和研究的一类新型的微观结构。长周期堆垛序列结构的发现不仅在很大程度上改善了Mg及其合金塑性差的这一力学性能,同时也为其在现代工业领域进一步的应用起到了促进和拓展的作用。具体的内容如下:（1）基面层错及其相互转换机制基于密度泛函理论上的第一性原理计算,我们从理论的角度对金属Mg中的基面层错（I₁、I₂、E和T2）做了详细的研究,并得出了这些基面层错的稳定层错能和不稳定层错能。通过与先前的理论值和实验值相比较,我们的计算结果与之吻合的很好。另外,我们还研究了基面层错之间的想换转换机制。通过分析相转换过程中所伴随的广义层错能曲线的变化趋势及其相应的原子滑移示意图,我们发现相转换过程中所跨过的能量势垒的大小与原子滑移过程中相邻原子层之间原子的排列情况有关。同时,由能量曲线的变化情况来看,同一种转换机制的正逆两个方向上的相转换所对应的能量势垒的大小是不同的。例如:I₁?E的相转换过程跨过的势垒大小是0.073 J/m2,而实现E?I₁的相转换所跨越的能量势垒是0.56J/m2,这说明转换机制E?I₁的实现过程要比I₁?E的实现过程困难一些。（2）长周期堆垛序结构之间相转变的转换路径通过第一性原理的研究,我们主要研究了长周期堆垛序列Mg之间的相互转换机制。通过对各种长周期堆垛序列结构的堆垛特征的仔细观察,并结合密排六方（hcp）金属晶格结构的滑移特性,我们在理论上系统地研究了这些长周期序列结构之间发生相转换的具体的转换路径,并给出了转换路径下相应的原子滑移示意图。在此过程中,我们主要以实现相应相转换过程的转换路径所对应的广义层错能曲线的变化情况来研究相应的转换机制。与此同时,我们还讨论了真空层对长周期堆垛序列结构之间相转换过程实现的难以程度的影响。另外,在分析相转换过程所对应的滑移路径时,我们根据长周期堆垛序列的堆垛特征提出了两种潜在的原子滑移模式（S mode和M mode）。对于具有多条转换路径的相转换机制,我们通过比较转换过程中所对应的广义层错能曲线的能量势垒的大小来实现路径的优化。在路径优化过程中,由于在没有真空层的情况下转换机制2H?6H₂、6H₁?6H₂、14H₄?14H₂以及14H₄?14H5在M滑移模式所揭示的转换路径下所对应的广义层错能曲线的能量势垒和其在S滑移模式下所揭示的转换路径中所对应的广义层错能曲线的能量势垒大小一致,因此,在没有真空层的情况下,M和S两种滑移模式所揭示的转换路径对这些转换机制具有等效性。然而,在考虑真空层的情况下,这些相转换机制在M滑移模式所揭示的转换路径下实现相转换时所对应的广义层错能曲线的能量势垒远远大于其在S滑移模式下实现相转换时所跨越的势垒值。由此可见,在考虑真空层的情况下,由S滑移模式所揭示的转换路径对这些相转换机制来说是比较优化的。对2H?6H₁和14H₁?14H3而言,不论在计算过程中有没有考虑真空层,其在M滑移模式所揭示的转换路径下实现相转换时所对应的能量势垒值远小于其在S模式下的能量势垒值。类似地,18R1?18R2和14H₂?14H5在M滑移模式所揭示的转换路径下实现相转换时所对应的能量势垒值远大于其在S滑移模式下实现相转换时所对应的能量势垒值。因此,对于这些相转换机制来说,真空层只影响到转换过程中能量曲线基本形状的变化情况,而对路径的优化过程并没有产生决定性的影响。